Flu ssg e b ie tsm a n a g e m e n t - SWV
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Streichwehr beim Kraftwerk Windisch an der Reuss, Foto R. Pfammatter<br />
Streichwehr beim Kraftwerk Windisch an der Reuss, Foto R. Pfammatter<br />
3-2011<br />
22. September 2011<br />
· Ultra-N<strong>ie</strong>derdruck-Kraftwerke<br />
· Das Magdalenen-Hochwasser<br />
· Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässerbewertung<br />
· Integrales <strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong>ts-<br />
Management «Teil 1»
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II «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Roger Pfammatter<br />
Geschäftsführer <strong>SWV</strong>,<br />
Directeur ASAE<br />
Extreme Ereignisse<br />
Zehntausend Jahre – solange l<strong>ie</strong>gt d<strong>ie</strong> letzte Eiszeit<br />
zurück. Auf dem Höhepunkt der Vergletscherung lag<br />
der Grossteil der Schweiz unter r<strong>ie</strong>sigen Eisschichten<br />
von Rhone-, Aare- und Rheingletscher. Im Alpenvorland<br />
betrug d<strong>ie</strong> mittlere Lufttemperatur ca. –3 °C. Menschen<br />
waren kaum ansässig und bes<strong>ie</strong>delten erst d<strong>ie</strong><br />
nach dem Gletscherrückzug frei werdenden Flächen.<br />
Das wissen wir aus den Geschichtsbüchern. Ein solches<br />
Mitteleuropa bleibt aber dennoch schwer vorstellbar.<br />
D<strong>ie</strong> gleiche r<strong>ie</strong>sige Zeitspanne soll für d<strong>ie</strong> Bemessung<br />
der Hochwassersicherheit von sensiblen Anlagen<br />
w<strong>ie</strong> Kernkraftwerken oder Stauanlagen d<strong>ie</strong>nen.<br />
Konkret: ein Hochwasser, w<strong>ie</strong> es statistisch einmal in<br />
zehntausend Jahren zu erwarten ist, darf keinen Schaden<br />
anrichten. Dabei geht es nicht nur um den Spitzenabfluss,<br />
sondern auch um d<strong>ie</strong> begleitenden Prozesse<br />
von Gesch<strong>ie</strong>be und Murgängen. Mit den teilweise öffentlich<br />
geführten Diskussionen um das AKW Mühleberg<br />
hat d<strong>ie</strong> Abschätzung solcher Extremereignisse an<br />
Brisanz gewonnen. Aber was für Abflüsse und Ereignisse<br />
sind denn in einem solchen Zeitabschnitt zu erwarten?<br />
«Unmögliche Fragestellung» werden d<strong>ie</strong> einen<br />
sagen, «mit Modellen und Extremwertstatistik lösbar»<br />
d<strong>ie</strong> anderen.<br />
Événements extrêmes<br />
Dix mill<strong>ie</strong>rs d’années – le dern<strong>ie</strong>r âge de glace. Au plus<br />
fort de la période glaciaire, la plus grande part<strong>ie</strong> de la<br />
Suisse se trouve sous les énormes couches des glac<strong>ie</strong>rs<br />
du Rhin, du Rhône et de l’Aar. Dans les Préalpes, la<br />
température moyenne de l’air s’élève à –3 °C. Les<br />
humains, pour la plupart nomades, s’y établirent que<br />
lorsque le retrait des glac<strong>ie</strong>rs faisait place aux surfaces<br />
libres. Les livres d’histoire nous l’apprennent, mais<br />
une Europe centrale telle quelle reste difficilement<br />
concevable.<br />
Cet énorme laps de temps sert aussi à mesurer<br />
la sécurité contre les crues des installations sensibles<br />
telles que des centrales nucléaires ou des ouvrages<br />
d’accumulation. Concrètement: ces installations doivent<br />
résister à une crue décamillénale, non seulement son<br />
pic de crue, mais aussi aux processus concomitants<br />
tels que les matériaux charriés et laves torrent<strong>ie</strong>lles. Les<br />
discussions liées à la centrale de Mühleberg ont ouvert<br />
la brèche au sujet de l’évaluation de tels événements<br />
extrêmes. Mais quels sont les événements et les<br />
débits auxquels s’attendre durant ce laps de temps?<br />
Les uns diront «impossible d’y répondre», les autres<br />
prôneront l’utilisation de modèles et statistiques de<br />
valeur extrême.<br />
Il est certain que l’indication d’une période de<br />
récurrence est déroutante dans de tels cas. Suivant<br />
Editorial<br />
Klar ist: d<strong>ie</strong> Angabe einer W<strong>ie</strong>derkehrperiode<br />
ist bei solchen Zeitspannen nicht zweckmässig und irreführend.<br />
In Anlehnung an d<strong>ie</strong> Praxis in der Statik ist<br />
es verständlicher, beobachtete oder gerechnete Ereignisse<br />
mit Sicherheitsfaktoren zu beaufschlagen. Basis<br />
bilden dabei d<strong>ie</strong> systematischen Pegelmessungen, d<strong>ie</strong><br />
allerdings nur gerade für rund ein Jahrhundert vorl<strong>ie</strong>gen.<br />
Zusätzlich kann man sich theoretischer Modelle<br />
zu maximalem N<strong>ie</strong>derschlag, Schnee- und Gletscherschmelze<br />
sow<strong>ie</strong> Abflussprozessen bed<strong>ie</strong>nen. Und d<strong>ie</strong>se<br />
w<strong>ie</strong>derum können mit historischen Analysen ergänzt<br />
werden (vgl. Artikel zu historischen Hochwassern in<br />
WEL 1/2011 bzw. d<strong>ie</strong> Analyse zum Magdalenen-Hochwasser<br />
von Anno 1342 ab Seite 193 in d<strong>ie</strong>ser Ausgabe).<br />
Aufzeichnungen von Chronisten können trotz der v<strong>ie</strong>len<br />
Unsicherheiten bei der Rekonstruktion der Wasserstände<br />
und Abflussmengen wichtige Anhaltspunkte zu<br />
früheren Ereignissen geben.<br />
Der Blick zurück zeigt, dass wir trotz den<br />
schweren Hochwassern von 1999 und 2005 in einer vergleichsweise<br />
ereignisarmen Zeit leben und extremere<br />
Ereignisse in ihrem Ausmass wohl eher unterschätzen.<br />
Da mag als Anhaltspunkt d<strong>ie</strong>nen, dass das Hochwasser<br />
2005 als 50- bis 200-jährliches Ereignis eingestuft wurde<br />
– weit von einem sehr seltenen Ereignis entfernt.<br />
l’exemple de la statique, il serait plus compréhensible<br />
de soumettre des événements observés ou calculés<br />
à des pondérations. Les mesures systématiques du<br />
niveau d’eau forment une base, toutefois uniquement<br />
disponible sur un siècle environ. De plus, on peut<br />
se servir des modèles théoriques de précipitation<br />
maximale, de la fonte des neiges et des glac<strong>ie</strong>rs, ainsi<br />
que des processus d’écoulement. Ceux-ci peuvent<br />
ensuite être complétés par des analyses historiques<br />
(cf. article sur les crues historiques paru dans WEL<br />
1/2011, ainsi que l’analyse sur la crue de la Madeleine<br />
de l’année 1342 à la page 193 de cette revue). Malgré<br />
les nombreuses incertitudes lors de la reconstitution<br />
des niveaux d’eau et de débit, les événements<br />
historiques sont un point de repère important pour<br />
les chroniqueurs.<br />
Les analyses historiques montrent que, malgré<br />
les inondations de 1999 et de 2005, nous vivons une<br />
période relativement pauvre en événements et sousestimons<br />
les événements extrêmes de plus grande<br />
ampleur. Afin d’évaluer la sécurité des installations<br />
sensibles, il est essent<strong>ie</strong>l que la crue de 2005,<br />
notamment son pic de crue selon la région, soit<br />
considérée comme un événement ayant l<strong>ie</strong>u tous les<br />
50 à 200 ans.<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden III
185 Neue Konzepte für Ultra-N<strong>ie</strong>derdruck-Kraftwerke<br />
Peter Eichenberger, Ivo Scherrer<br />
193 Das Magdalenen-Hochwasser von 1342 – der «hydrologische GAU»<br />
in Mitteleuropa<br />
Eveline Zbinden<br />
204 Einbettung von Verfahren zur Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässerbewertung in ein übergeordnetes<br />
Gewässermanagementkonzept<br />
Simone D. Langhans, Peter Reichert<br />
215<br />
216<br />
224<br />
235<br />
Inhalt 3l2011<br />
Integrales <strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement/<br />
Gestion intégrale de l’espace fluvial «Teil 1»<br />
Einführung von Anton Schleiss<br />
Erhaltung und Förderung der Biodiversität von Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässern<br />
Maria Alp, Theresa Karpati, Silke Werth, Walter Gostner,<br />
Christoph Scheidegger, Armin Peter<br />
Lebensraumverbund Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer: D<strong>ie</strong> Bedeutung der Vernetzung<br />
Silke Werth, Denise Weibel, Maria Alp, Julian Junker, Theresa Karpati,<br />
Armin Peter, Christoph Scheidegger<br />
Elargissement local de l’affluent dans une zone de confluence –<br />
Comportement morphologique et potent<strong>ie</strong>l écologique<br />
Marcelo Leite Ribeiro, Koen Blanckaert, Jean-Louis Boillat,<br />
Anton Schleiss<br />
IV «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden<br />
185<br />
193<br />
216
243<br />
255<br />
Remplacement des organes de sécurité au barrage de l’Hongrin<br />
Iwan Zurwerra, P<strong>ie</strong>rre Perrottet<br />
Nachrichten<br />
Politik<br />
Wasserkraftnutzung<br />
Umwelt<br />
Rückblick Veranstaltungen<br />
Veranstaltungen<br />
Agenda<br />
Literatur<br />
Industr<strong>ie</strong>mitteilungen<br />
Branchen-Adressen<br />
Impressum<br />
Inhalt 3l2011<br />
Beachten S<strong>ie</strong> unsere neue Webseite unter www.swv.ch.<br />
Ab sofort finden S<strong>ie</strong> zusätzliche Inhalte, auch zu<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft».<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden V<br />
243<br />
251<br />
251<br />
252<br />
253<br />
254<br />
258<br />
259<br />
259<br />
260<br />
263<br />
264
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VI «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Neue Konzepte für Ultra-N<strong>ie</strong>derdruck-<br />
Kraftwerke<br />
Peter Eichenberger, Ivo Scherrer<br />
1. Einleitung<br />
An Schweizer Mittellandflüssen besteht<br />
eine grosse Anzahl an Wehrschwellen, d<strong>ie</strong><br />
für den Erosions- und Hochwasserschutz<br />
erstellt worden sind und d<strong>ie</strong> ein beachtliches,<br />
aber ungenutztes Wasserkraftpo-<br />
tenzial enthalten. D<strong>ie</strong> Fallhöhen an d<strong>ie</strong>sen<br />
Schwellen bewegen sich jedoch im Bereich<br />
von 2 m oder weniger und geeignete<br />
Maschinengruppen für solche Ultra-N<strong>ie</strong>derdruckanlagen<br />
waren bisher nicht verfügbar.<br />
Bild 1. Typische Wehrschwelle in einem Schweizer Mittellandfluss, d<strong>ie</strong> für den Erosions-<br />
und Grundwasserschutz benötigt wird und ein ungenutztes Wasserkraftpotenzial<br />
im Ultran<strong>ie</strong>derdruckbereich unter 3 m Fallhöhe enthält.<br />
Bild 2. Kriter<strong>ie</strong>nraster für d<strong>ie</strong> ganzheitliche Beurteilung der Ultran<strong>ie</strong>derdruck-Konzepte.<br />
Bestrebungen in versch<strong>ie</strong>denen<br />
Nachbarländern der Schweiz haben zu Pilotlösungen<br />
für Ultra-N<strong>ie</strong>derdruckanlagen<br />
geführt, d<strong>ie</strong> jetzt an einzelnen Standorten<br />
ausgeführt worden sind und d<strong>ie</strong> über einige<br />
Monate Betr<strong>ie</strong>bserfahrung verfügen.<br />
Bis auf wenige Ausnahmen wurde keines<br />
d<strong>ie</strong>ser neuartigen Konzepte seit längerer<br />
Zeit in der Schweiz eingesetzt und betr<strong>ie</strong>ben.<br />
D<strong>ie</strong> Tauglichkeit d<strong>ie</strong>ser Konzepte für<br />
d<strong>ie</strong> Schweizer Mittellandflüsse w<strong>ie</strong> Thur,<br />
Töss, Limmat, Reuss, Emme, usw., d<strong>ie</strong> oft<br />
Wildfluss-Charakter aufweisen, war bisher<br />
nicht bekannt.<br />
2. Evalu<strong>ie</strong>rungsprojekt<br />
Um d<strong>ie</strong> mögliche Anwendung d<strong>ie</strong>ser neuen<br />
Konzepte für Schweizer Mittellandflüsse zu<br />
überprüfen, besuchte d<strong>ie</strong> Entegra Wasserkraft<br />
AG in den Jahren 2010 und 2011 versch<strong>ie</strong>dene<br />
Kraftwerke in Deutschland und<br />
Frankreich sow<strong>ie</strong> Anlagen im Versuchsstadium<br />
in der Schweiz, welche innovative<br />
Ansätze in d<strong>ie</strong> Praxis umsetzen. Bei d<strong>ie</strong>ser<br />
Überprüfung wurden nicht nur energ<strong>ie</strong>technische<br />
Aspekte w<strong>ie</strong> Effiz<strong>ie</strong>nz und Betr<strong>ie</strong>bs-<br />
und Unterhaltsaufwendungen der<br />
neuen Konzepte sondern auch d<strong>ie</strong> wasserbaulichen<br />
Anforderungen sow<strong>ie</strong> sämtliche<br />
Umweltbelange verglichen und bewertet.<br />
Dazu wurde ein Kriter<strong>ie</strong>nraster gemäss<br />
Bild 2 defin<strong>ie</strong>rt und angewandt.<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 185
Auf d<strong>ie</strong> negativen gewässerökologischen<br />
Auswirkungen einer Querschwelle<br />
im Gewässer, d<strong>ie</strong> für d<strong>ie</strong> Wasserkraftnutzung<br />
im N<strong>ie</strong>derdruckbereich im Allgemeinen<br />
erforderlich ist, wurde bei der vorl<strong>ie</strong>genden<br />
Untersuchung nicht eingegangen.<br />
Solche negativen Effekte einer Staustrecke<br />
an bestehenden Schwellen (herabgesetzte<br />
Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>eschwindigkeit, Sedimentablagerungen,<br />
monotone Gewässerstruktur,<br />
usw.) sind sowohl mit w<strong>ie</strong> auch<br />
ohne Wasserkraftnutzung vorhanden und<br />
beeinflussen d<strong>ie</strong> Wahl des Wasserkraftkonzepts<br />
nicht.<br />
Der Bau von neuen solchen<br />
Schwellen im Bereich von 2 m Fallhöhe<br />
ausschl<strong>ie</strong>sslich für d<strong>ie</strong> Wasserkraftnutzung<br />
scheitert in der Schweiz in den meisten<br />
Fällen sowohl an der schw<strong>ie</strong>rigen Bewilligungsfähigkeit<br />
als auch an der nicht<br />
gegebenen Wirtschaftlichkeit eines solchen<br />
Vorhabens.<br />
D<strong>ie</strong> Investitionskosten sind nicht<br />
direkt als spezifisches Kriterium eingeführt<br />
worden, sondern fl<strong>ie</strong>ssen nur indirekt<br />
in d<strong>ie</strong> Bewertung ein, und zwar in Form<br />
eines Zu- oder Abschlages bei jedem der<br />
in Bild 2 aufgeführten Kriter<strong>ie</strong>n: erfüllt zum<br />
Beisp<strong>ie</strong>l ein Konzept den Fischabst<strong>ie</strong>g<br />
durch d<strong>ie</strong> Maschine nicht, muss nach den<br />
neuesten ökologischen Anforderungen<br />
zusätzlich ein Fisch-Bypass erstellt werden;<br />
d<strong>ie</strong>s verteuert d<strong>ie</strong> Anlage. In der Bewertung<br />
wird d<strong>ie</strong>ses Kriterium «Fischabst<strong>ie</strong>g»<br />
deshalb als gering bis nicht erfüllt<br />
eingestuft, obwohl d<strong>ie</strong> Anlage ja mit einem<br />
Fischschutz (z.B. Feinrechen vor der Turbine)<br />
ausgerüstet sein könnte und damit<br />
kaum Fischschäden verursachen würde.<br />
D<strong>ie</strong> schlechte Bewertung d<strong>ie</strong>ses Umweltthemas<br />
ist damit ökonomisch begründet<br />
und enthält implizit d<strong>ie</strong> Investitionskosten<br />
für Ersatzmassnahmen zugunsten der<br />
Längsvernetzung.<br />
Für d<strong>ie</strong> Beurteilung der oben defin<strong>ie</strong>rten<br />
Kriter<strong>ie</strong>n wurden bei der Evaluation<br />
der versch<strong>ie</strong>denen Kraftwerkskonzepte<br />
Schulnoten gemäss schweizerischer Praxis<br />
mit Note 6 – sehr hoher Erfüllungsgrad<br />
bis Note 1 – Kriterium wird nicht erfüllt angewandt.<br />
Da für keines der untersuchten<br />
Konzepte abschl<strong>ie</strong>ssende wissenschaftliche<br />
Untersuchungen vorl<strong>ie</strong>gen, ist d<strong>ie</strong><br />
Evaluation eine subjektive Einschätzung<br />
der Autoren. D<strong>ie</strong> Sicht ist jedoch nicht einseitig<br />
auf ein einzelnes Kriterium w<strong>ie</strong> z.B.<br />
Umwelt oder Maschineneffiz<strong>ie</strong>nz fix<strong>ie</strong>rt,<br />
sondern ist d<strong>ie</strong> Sicht eines Investors, der<br />
das ungenutzte Energ<strong>ie</strong>potenzial an bestehenden<br />
Wehrschwellen in Schweizer<br />
Mittellandflüssen möglichst umweltgerecht<br />
und effiz<strong>ie</strong>nt nutzen will. Dabei stehen<br />
d<strong>ie</strong> Umweltthemen – auch im Hinblick<br />
auf d<strong>ie</strong> Bewilligungsfähigkeit eines Projekts<br />
– gleichbedeutend neben der Energ<strong>ie</strong>ausbeute<br />
und der Wirtschaftlichkeit der<br />
neuen Nutzungskonzepte.<br />
3. Konzepte mit Leistungspotenzial<br />
über 100 kW<br />
Bild 3. Typische Einbausituation des VLH-Konzepts; d<strong>ie</strong> Maschine<br />
kann zu Revisionszwecken hydraulisch aus dem Wasser<br />
gehoben werden.<br />
3.1 VLH – Very-Low-Head Turbine<br />
Das VLH-Konzept besteht aus einer einfach<br />
regul<strong>ie</strong>rten Kaplanturbine und einem<br />
direkt in der Turbinennabe angeordneten<br />
Generator. D<strong>ie</strong> Maschine wird in einer beweglichen,<br />
überströmbaren Stauklappe integr<strong>ie</strong>rt,<br />
d<strong>ie</strong> sowohl in einer Wehrschwelle<br />
als auch in einem Kanal eingebaut werden<br />
kann.<br />
D<strong>ie</strong>ses Konzept wählt aus Umweltschutzgründen<br />
t<strong>ie</strong>fe Wassergeschwindigkeiten<br />
in der Maschine. D<strong>ie</strong>se wird zwar<br />
entsprechend voluminös, durch eine<br />
vollständige Unterwasseranordnung gesch<strong>ie</strong>ht<br />
d<strong>ie</strong>s aber nicht zum Nachteil des<br />
Landschaftsbildes. Auch kann bei d<strong>ie</strong>sen<br />
t<strong>ie</strong>fen Wassergeschwindigkeiten auf ein<br />
Saugrohr verzichtet werden, was d<strong>ie</strong> Wasserbaukosten<br />
reduz<strong>ie</strong>ren sollte.<br />
Im März 2007 wurde eine erste Demonstrationsanlage<br />
mit dem VLH-Konzept<br />
am Sitz der Firma MJ2 in Millau (F) in<br />
Betr<strong>ie</strong>b genommen. Nach einer weiteren<br />
Entwicklungsphase wurden d<strong>ie</strong> ersten<br />
kommerz<strong>ie</strong>llen Anlagen im Jahr 2009 install<strong>ie</strong>rt,<br />
zwei davon im Kanal von Huningue<br />
zwischen Basel und Mulhouse im<br />
Dreiländereck Deutschland, Frankreich,<br />
Schweiz.<br />
Das patentrechtlich geschützte<br />
Konzept der VLH-Turbine lässt sich w<strong>ie</strong><br />
folgt charakteris<strong>ie</strong>ren:<br />
D<strong>ie</strong> gesamte Turbinen-Generatoren-<br />
Gruppe ist beweglich in einem Kanal<br />
aufgehängt und lässt sich für Reinigungs-<br />
und Revisionszwecke oder bei<br />
Hochwasser hydraulisch aus dem<br />
Wasser heben und senken (s<strong>ie</strong>he<br />
Bild 3).<br />
Als Generator wird eine direktgekoppelte<br />
permanentmagnetisch erregte<br />
Synchronmaschine verwendet, d<strong>ie</strong> in<br />
der Nabe der Turbine sitzt und direkt<br />
vom Tr<strong>ie</strong>bwasser gekühlt wird. D<strong>ie</strong><br />
Netzanbindung erfolgt über Frequenzumrichter<br />
und Trafo.<br />
Ein Rechen ist direkt vor dem Laufrad<br />
auf der Maschine angeordnet; er wird<br />
mit einem rot<strong>ie</strong>renden Rechenreiniger<br />
gereinigt, wobei das Geschwemmsel<br />
über eine kleine Klappe ins Unterwasser<br />
abgeschwemmt wird.<br />
Das VLH-Konzept besticht durch<br />
hohe Wirkungsgrade der Maschine und<br />
Bild 4. Ansicht des VLH-Konzepts an der Schleuse Nr. 2, Huningue<br />
bei Basel vom Oberwasser her. Von der gesamten Anlage ist nur<br />
der Schwenkarm der Maschine (weiss) sow<strong>ie</strong> der Container<br />
(braun) mit den Nebenanlagen und Hilfsbetr<strong>ie</strong>ben sichtbar (h<strong>ie</strong>r direkt<br />
über dem Unter wasser und damit unter der Geländeoberfläche<br />
aufgestellt, da im Kanal kein Hochwasser zu befürchten ist).<br />
186 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Bild 5. Evaluation des VLH-Konzepts.<br />
einen kostengünstigen Wasserbau, da<br />
dank der Unterwasseranordnung direkt<br />
im Tr<strong>ie</strong>bwasser eines Kanals oder eines<br />
<strong>Flu</strong>sses keine Gebäude benötigt werden<br />
(ausser einer Kabine für d<strong>ie</strong> Hilfsbetr<strong>ie</strong>be<br />
und Nebenanlagen). D<strong>ie</strong>se Unterwasseranordnung<br />
der gesamten Turbinen-Generatoren-Gruppe<br />
ist jedoch teuer in der<br />
Anschaffung und im Betr<strong>ie</strong>b, da für d<strong>ie</strong><br />
Abdichtung des Gehäuses gegen eindringendes<br />
Wasser u.a. ein permanenter<br />
Überdruck mit entfeuchteter Luft benötigt<br />
wird.<br />
D<strong>ie</strong> Darstellung der Evaluation gemäss<br />
Bild 5 in einem Radar- oder Spinnennetzdiagramm<br />
zeigt auf einen Blick<br />
d<strong>ie</strong> Stärken und Schwächen der versch<strong>ie</strong>denen<br />
Konzepte. Obwohl d<strong>ie</strong> Evaluation<br />
Schulnoten gemäss schweizerischer Praxis<br />
(1 schlechteste, 6 beste) benutzt, ist d<strong>ie</strong><br />
Bildung eines Gesamtnotendurchschnitts<br />
über d<strong>ie</strong> 14 Kriter<strong>ie</strong>n nicht erlaubt, da absichtlich<br />
keine Gewichtung vorgenommen<br />
wurde (es herrscht z.B. ein Übergewicht<br />
von fünf Kriter<strong>ie</strong>n zugunsten der Umweltthemen).<br />
Der Investor in eine Ultran<strong>ie</strong>derdruckanlage<br />
soll auf einen Blick erkennen<br />
können, welches Konzept sich für<br />
seine spezifische Anwendung und dessen<br />
Randbedingungen wohl am besten eignet,<br />
sich aber nicht durch eine rein arithmetische<br />
Bestnote fehlleiten lassen.<br />
3.2 Bewegliches Kraftwerk<br />
Das erste Pilotprojekt einer beweglichen,<br />
über- und unterströmbaren Wasserkraftanlage<br />
wurde am Soph<strong>ie</strong>nwehr/Ilm in Bad<br />
Sulza (D) Ende September 2009 in Betr<strong>ie</strong>b<br />
genommen. D<strong>ie</strong> Anlage erzeugt 60 kW<br />
elektrische Leistung. Drei weitere Anlagen<br />
wurden in der Zwischenzeit ausgeführt und<br />
zwar in Gengenbach (D) an der Kinzig (Mai<br />
2010; 550 kW), in Offenburg (D) am Grossen<br />
Deich, Kinzig (Juli 2010, 465 kW) und in<br />
Kradolf-Schönenberg<br />
(CH) an der<br />
Thur (Mai 2011, 2 ×<br />
800 kW).<br />
Das bewegliche<br />
über- und unterströmbare<br />
Wasserkraftwerk besticht<br />
durch d<strong>ie</strong> folgenden Innovationen:<br />
Das in einem Betontrog angeordnete<br />
schwenkbare Krafthausgehäuse mit<br />
Turbinen-Generatorengruppe ersetzt<br />
einen beweglichen Wehrverschluss<br />
(s<strong>ie</strong>he Bild 6).<br />
Das Krafthaus ist anhebbar, um Gesch<strong>ie</strong>be<br />
und Geschwemmsel direkt<br />
durch den Trog weiterzugeben; daraus<br />
ergeben sich Bauvereinfachungen:<br />
das Konzept benötigt weder einen<br />
K<strong>ie</strong>sfang noch einen separaten Gesch<strong>ie</strong>bespülkanal/Grundablass.<br />
Das Krafthaus fällt optisch und akustisch<br />
nicht auf, weil es unter Wasser<br />
angeordnet ist.<br />
Bild 6. Bewegliches Kraftwerk im Längs schnitt mit Rechen-Turbine-Generator-Saugrohr<br />
in einer Klappe «Krafthausgehäuse»<br />
eingebaut (Quelle: Hydro-Energ<strong>ie</strong> Roth GmbH).<br />
Durch das überströmbare Krafthausgehäuse<br />
ist der Fischabst<strong>ie</strong>g, aber<br />
auch d<strong>ie</strong> Geschwemmselweitergabe<br />
möglich; spez<strong>ie</strong>ll für bodenor<strong>ie</strong>nt<strong>ie</strong>rte<br />
Fische ist auch ein Fischabst<strong>ie</strong>g durch<br />
den Trog unter dem Krafthausgehäuse<br />
hindurch vorstellbar.<br />
D<strong>ie</strong> ungenutzte Energ<strong>ie</strong> bei erhöhten<br />
Abflüssen kann durch ein Anheben der<br />
Maschine und ein Unterströmen teilweise<br />
genutzt werden. Bei d<strong>ie</strong>ser Betr<strong>ie</strong>bsart<br />
tritt am Saugrohrende eine<br />
Ejektorwirkung auf, welche mehr Wasser<br />
als normal durch d<strong>ie</strong> Turbine z<strong>ie</strong>ht<br />
und zur Steigerung der Energ<strong>ie</strong>produktion<br />
genutzt werden kann. D<strong>ie</strong>se<br />
Idee zur indirekten Nutzung des Über-<br />
Bild 7. Bewegliches Kraftwerk an der Kinzig bei Gengenbach (D) vom Unterwasser her<br />
gesehen: rechts der Trog mit dem Krafthausgehäuse, links d<strong>ie</strong> Fischauf st<strong>ie</strong>gshilfe in<br />
Form eines Rauhgerinne-Beckenpasses.<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 187
Bild 8. Evaluation des beweglichen Krafthauses. Bild 9. Heberturbinen des MHyLab-Konzepts in Vallorbe.<br />
wassers ist nicht neu, sondern wurde<br />
bereits 1909 vorgeschlagen und später<br />
in den Rhein-Kanalkraftwerken in<br />
Kembs und Ottmarsheim auch umgesetzt.<br />
Das Konzept des beweglichen<br />
Kraftwerks kann d<strong>ie</strong> hohen Erwartungen<br />
an dessen Umweltverträglichkeit sehr gut<br />
erfüllen; hingegen ist auch h<strong>ie</strong>r w<strong>ie</strong> schon<br />
beim VLH-Konzept d<strong>ie</strong> komplette Unterwasseranordnung<br />
der Turbinen-Generatoren-Gruppe<br />
aus Sicht des Betr<strong>ie</strong>bs<br />
und des Unterhalts nicht unbedingt vorteilhaft.<br />
Einmal erstellt, s<strong>ie</strong>ht das bewegliche<br />
Kraftwerk kompakt und unauffällig<br />
aus und scheint w<strong>ie</strong> geschaffen für den<br />
Einbau in eine bestehende Wehrschwelle.<br />
Hingegen sind d<strong>ie</strong> Wasserbau- und Spezialt<strong>ie</strong>fbauarbeiten<br />
beim Einsatz eines beweglichen<br />
Kraftwerkes an bestehenden<br />
Schwellen an Schweizer Flüssen, d<strong>ie</strong> oft<br />
auf Fels fund<strong>ie</strong>rt sind oder dann in einem<br />
Grundwasserleiter l<strong>ie</strong>gen, nicht zu unterschätzen:<br />
Für d<strong>ie</strong> Betonarbeiten beim Bau des<br />
langen Troges im Tosbecken- und<br />
Kolkbereich der Schwelle sind aufwändige<br />
Baugrubenabschlüsse und entsprechend<br />
aufwändige Wasserhaltungen<br />
auszuführen. D<strong>ie</strong> Baustelle<br />
im <strong>Flu</strong>ss ist hochwassergefährdet. Bei<br />
konventionellen Buchtenkraftwerken<br />
gesch<strong>ie</strong>ht d<strong>ie</strong>s meist ausserhalb des<br />
<strong>Flu</strong>sses «im Trockenen».<br />
An den bisher gebauten beweglichen<br />
Kraftwerken wurden für d<strong>ie</strong> Baugrubenumschl<strong>ie</strong>ssung<br />
rückverankerte,<br />
überschnittene Bohrpfähle verwendet.<br />
Eine Zufahrt für das grosse Bohrgerät<br />
besteht oft nicht und muss zuerst<br />
gebaut werden und ist damit mit hohen<br />
Kosten verbunden. Für kleinere Anlagen<br />
im Stile von Bad Sulza mit 60 kW<br />
Nennleistung rechnen sich solche Bau-<br />
weisen in der Regel nicht. Auch ist d<strong>ie</strong>se<br />
Bauart mit überschnittenen Bohrpfählen<br />
in der Schweiz nicht immer bewilligungsfähig,<br />
weil s<strong>ie</strong> nicht rückgebaut<br />
werden können und damit den<br />
Grundwasserleiter einstauen.<br />
Wegen des Auftr<strong>ie</strong>bs auf den Trog im<br />
Revisionsfall müssen d<strong>ie</strong> Sohle und<br />
d<strong>ie</strong> n<strong>ie</strong>drigen Seitenmauern sehr massiv<br />
ausgeführt werden. H<strong>ie</strong>r helfen<br />
keine Maschinenhaus-Aufbauten (w<strong>ie</strong><br />
bei konventionellen Buchtenkraftwerken)<br />
das Gewicht zum Ausgleichen der<br />
Auftr<strong>ie</strong>bskräfte aufzubringen.<br />
Besonders geeignet erscheint das<br />
bewegliche Krafthaus für Standorte, d<strong>ie</strong><br />
nur einen geringen Landbedarf und eine<br />
geringe Störung des Landschaftsbildes<br />
zulassen.<br />
3.3 Heberturbine<br />
Das Konzept der Heber- oder Siphonturbine<br />
ist schon seit längerem bekannt und<br />
wird immer w<strong>ie</strong>der angewandt. Es steht mit<br />
seiner Anordnung der Turbine über dem<br />
Oberwassersp<strong>ie</strong>gel eigentlich in komplettem<br />
Gegensatz zu den in den vorangegangenen<br />
Kapiteln evalu<strong>ie</strong>rten Konzepten,<br />
d<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong> Maschine ins Wasser eintauchen.<br />
Mit der Anordnung der Turbine über dem<br />
Oberwassersp<strong>ie</strong>gel können:<br />
Baukosten gespart (keine t<strong>ie</strong>fgründigen<br />
Saugrohre);<br />
einfache, nicht wasserdichte Komponenten<br />
gewählt, und<br />
eine gute Zugänglichkeit für d<strong>ie</strong> Wartung<br />
aller Komponenten gewonnen<br />
werden.<br />
Das MHyLab aus CH-Montcherand<br />
hat im Rahmen des SEARCH LHT (Small<br />
Effic<strong>ie</strong>nt Axial Reliable Compact Hydro<br />
Low Head Turbine), eines EU-finanz<strong>ie</strong>rten<br />
Forschungs- und Entwicklungsprojekts,<br />
zwischen 2002 bis 2006 eine Heberturbine<br />
neu entwickelt, d<strong>ie</strong> direkt über eine Wehr-<br />
schwelle eingebaut, kleine Fallhöhen im<br />
Bereich von 0.5 m bis 3.5 m nutzen kann,<br />
ohne zusätzlichen Wasserbau zu beanspruchen.<br />
D<strong>ie</strong> einfache Konstruktion soll modular<br />
gefertigt resp. mit einem Einheitsdurchmesser<br />
ausgerüstet werden. D<strong>ie</strong><br />
Anpassung an untersch<strong>ie</strong>dliche Fallhöhen<br />
und Durchflüsse gesch<strong>ie</strong>ht durch Anpassen<br />
der Drehzahl (andere Scheiben des<br />
R<strong>ie</strong>mentr<strong>ie</strong>bs) und durch den Einsatz von<br />
mehreren Maschinen nebeneinander.<br />
D<strong>ie</strong>ses auf den ersten Blick bestechende<br />
Konzept wurde bisher erst in einer<br />
einzigen Anlage eingebaut, und zwar in der<br />
UMV SA in Vallorbe an der Orbe im Jahre<br />
2009 (zwei baugleiche Maschinen nebeneinander).<br />
Leider ist d<strong>ie</strong> Anlage in Vallorbe für<br />
d<strong>ie</strong> vorl<strong>ie</strong>gende Untersuchung nicht repräsentativ,<br />
weil d<strong>ie</strong> Turbinen am Ende eines<br />
Ausleitkanals im Fabrikgebäude statt an<br />
der bestehenden Wehrschwelle angeordnet<br />
sind. V<strong>ie</strong>le Kriter<strong>ie</strong>n lassen sich dadurch<br />
nicht abschl<strong>ie</strong>ssend beurteilen. Es<br />
wurde deshalb nur das Potenzial, nicht<br />
aber d<strong>ie</strong> konkret ausgeführte Anlage des<br />
Heberkonzepts gemäss MHyLab evalu<strong>ie</strong>rt<br />
(s<strong>ie</strong>he Bild 10).<br />
Mit dem Heberkonzept lassen sich<br />
praktisch keine der heute überall geforderten<br />
Umweltaspekte integral mit der<br />
Maschine lösen, sondern müssen in Form<br />
von Fischauf- und -abst<strong>ie</strong>gshilfen und<br />
Gesch<strong>ie</strong>beabzugseinrichtungen durch<br />
d<strong>ie</strong> Wehrschwelle separat gelöst werden,<br />
was Landbedarf und Kosten erhöht. Auch<br />
an Standorten mit hohen Anforderungen<br />
an den Landschafts- und Lärmschutz ist<br />
d<strong>ie</strong> Anwendung des Heberkonzepts nicht<br />
unproblematisch. Gute Noten können jedoch<br />
bezüglich Effiz<strong>ie</strong>nz und Betr<strong>ie</strong>bskosten<br />
erwartet werden, obwohl d<strong>ie</strong> Robustheit<br />
und Langlebigkeit der technischen<br />
Lösung von MHyLab mit nur einer Pilot-<br />
188 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Bild 10. Evaluation der Heberturbine gemäss Konzept MHyLab.<br />
anlage noch nicht abschl<strong>ie</strong>ssend beurteilt<br />
werden kann.<br />
3.4 Weitere Konzepte<br />
Es erstaunt nicht, dass d<strong>ie</strong> Unterwasseranordnung<br />
der gesamten Turbinen-Generatoren-Gruppe<br />
w<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong> oben beschr<strong>ie</strong>benen<br />
Konzepte von VLH und Hydro Roth<br />
von weiteren Firmen und Entwicklern aus<br />
dem EU-Raum verfolgt wurde, weil dort offenbar<br />
d<strong>ie</strong> Forderung gilt, dass d<strong>ie</strong> Wasserkräfte<br />
möglichst unsichtbar und versteckt<br />
genutzt werden sollten. So wurde d<strong>ie</strong> sogenannte<br />
DIVE-Turbine aus Deutschland<br />
in den Jahren 2006 und 2007 mit vollständiger<br />
Unterwasseranordnung unter Verwendung<br />
eines permanentmagnetisch<br />
erregten Synchrongenerators und einer<br />
einfach regul<strong>ie</strong>rten Propeller-Turbine mit<br />
Frequenzumrichter bereits an drei Anlagen<br />
erfolgreich eingesetzt. Anschl<strong>ie</strong>ssend fand<br />
eine Zusammenarbeit des DIVE-Teams<br />
mit der TU München im Rahmen des nachfolgend<br />
beschr<strong>ie</strong>benen Schachtkonzepts<br />
statt, welches neuartige Überlegungen zu<br />
den Wasserbau- und Umweltaspekten<br />
der Wasserkraftnutzung im N<strong>ie</strong>derdruckbereich<br />
einbrachte.<br />
Das Schachtkonzept beschreitet<br />
einen neuen Weg in der Maschinenanordnung<br />
im <strong>Flu</strong>ss, indem d<strong>ie</strong> Wasserausleitung<br />
in eine Bucht am Ufer verlassen wird<br />
und der Einlauf in ein vollständig unter<br />
Wasser angeordnetes Kraftwerk direkt<br />
im <strong>Flu</strong>ss, und zwar über einen Horizontalrechen<br />
stattfindet. Der Saugschlauch der<br />
Turbine führt durch das Wehr hindurch ins<br />
Unterwasser (s<strong>ie</strong>he Bild 11).<br />
D<strong>ie</strong> Promotoren gehen von weitreichenden<br />
Vorteilen des Schachtkonzepts<br />
aus:<br />
Der Schacht mit der Unterwasserturbine<br />
wird nicht am Ufer, sondern im<br />
<strong>Flu</strong>ss angelegt, so dass der Horizon-<br />
talrechen von<br />
drei Seiten angeströmtwerden<br />
kann. Damit<br />
ist keine Strömungsumlenkung<br />
in der Horizontalen<br />
zum<br />
Ufer hin z.B. in ein Buchtenkraftwerk<br />
erforderlich. Es soll dadurch zu keiner<br />
Verlandung des Stauraumes und des<br />
Unterwassers auf der dem Kraftwerk<br />
gegenüberl<strong>ie</strong>genden <strong>Flu</strong>ssseite mehr<br />
kommen.<br />
Da d<strong>ie</strong> Kraftwerksbauten ausschl<strong>ie</strong>sslich<br />
im <strong>Flu</strong>ssschlauch angeordnet werden,<br />
sind keine grossflächigen Ufereingriffe<br />
nötig, d<strong>ie</strong> nicht nur vom Landschaftsschutz<br />
sondern auch von den<br />
Kosten her nachteilig für d<strong>ie</strong> Nutzung<br />
kleiner Fallhöhen sind.<br />
Das Problem des Gesch<strong>ie</strong>beeinzugs in<br />
das Kraftwerk besteht beim Schachtkonzept<br />
nicht, weil d<strong>ie</strong> Wasserfassung<br />
nicht bis auf d<strong>ie</strong> <strong>Flu</strong>sssohle reicht,<br />
sondern nahe an der Wasseroberfläche<br />
bleibt.<br />
Da es noch keine ausgeführten<br />
Anlagen d<strong>ie</strong>ses Typs gibt, kann – nur gestützt<br />
auf d<strong>ie</strong> bisherigen Untersuchungen<br />
im Labor – noch keine abschl<strong>ie</strong>ssende Bewertung<br />
vorgenommen werden.<br />
4. Konzepte mit Leistungspotenzial<br />
bis ca. 100 kW<br />
4.1 Wasserwirbelkraftwerk (WWK)<br />
Das Wasserwirbelkraftwerk besteht aus<br />
einem kreisrunden Becken mit mittigem<br />
Auslauf, in welchem ein Wasserwirbel erzeugt<br />
wird, der einen Rotor mit Generator<br />
antreibt. Das Wasserwirbelkraftwerk<br />
wurde eindeutig mit der Z<strong>ie</strong>lsetzung für<br />
eine ökologischere Ausgestaltung von<br />
Bild 11. Aufbau des Schacht-Konzepts am Beisp<strong>ie</strong>l der Modellanlage<br />
an der TU München, Obernach; Quelle: TU München;<br />
Prof. Dr. Ing. Rutschmann, in hydrolink No. 2/2011 (Supplement<br />
to JHR – Vol 49 – No. 2).<br />
Wasserkraftanlagen im Ultran<strong>ie</strong>derdruckbereich<br />
initi<strong>ie</strong>rt. Es werden ausdrücklich<br />
t<strong>ie</strong>fe Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>eschwindigkeiten des Wassers<br />
beim Rotordurchlauf gewählt, um d<strong>ie</strong><br />
ökologische Verträglichkeit der Maschine<br />
zu maxim<strong>ie</strong>ren; entsprechend gross und<br />
voluminös wird aber d<strong>ie</strong> Maschine resp.<br />
d<strong>ie</strong> zugehörigen Teile (Rotationsbecken).<br />
Mittlerweile wurde neben der ersten Pilotanlage<br />
in Obergrafendorf, Österreich, auch<br />
ein erstes Wasserwirbelkraftwerk an der<br />
Suhre in Schöftland (AG) in der Schweiz<br />
erstellt und Ende November 2009 mit grossem<br />
Med<strong>ie</strong>necho in Betr<strong>ie</strong>b genommen.<br />
Projektträger ist d<strong>ie</strong> Genossenschaft Wasserwirbelkraftwerke<br />
Schweiz (GWWK).<br />
D<strong>ie</strong> Idee des WWKs entstand aus<br />
dem Z<strong>ie</strong>l, d<strong>ie</strong> Renatur<strong>ie</strong>rung von <strong>Flu</strong>ssläufen<br />
mit der Energ<strong>ie</strong>gewinnung zu kombin<strong>ie</strong>ren.<br />
In einem natürlich mäandr<strong>ie</strong>renden<br />
oder gut struktur<strong>ie</strong>rten <strong>Flu</strong>ss herrscht eine<br />
grosse hydraulische V<strong>ie</strong>lfalt, welche sich<br />
als Abfolge von einerseits t<strong>ie</strong>fen, strömungsberuhigten<br />
Gewässerbereichen mit<br />
Fischunterständen und anderseits flachen<br />
Uferbuchten mit Widerwasser und Seitenarmen<br />
äussert und damit eine hohe Habitatsqualität<br />
des Gewässers ausmacht. Für<br />
d<strong>ie</strong> Initianten der Wasserwirbeltechnolog<strong>ie</strong><br />
stellt d<strong>ie</strong> Erzeugung von künstlichen<br />
Wirbeln in einem Wasserwirbelkraftwerk<br />
auch eine Korrektur der negativen Auswirkungen<br />
von begradigten und korrig<strong>ie</strong>rten<br />
<strong>Flu</strong>ssabschnitten mit geringer V<strong>ie</strong>lfalt dar.<br />
D<strong>ie</strong>ser Kraftwerkstyp verbindet sozusagen<br />
d<strong>ie</strong> Gewässer-Renatur<strong>ie</strong>rung mit der<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 189
Bild 12. Rotor im Wasserwirbelkraftwerk<br />
Schöftland an der Suhre (AG).<br />
Bild 14. Evaluation des Wasserwirbelkraftwerks Schöftland an der Suhre.<br />
Strom erzeugung auf neuartige Weise. Zur<br />
Zeit enttäuscht das Konzept des WWKs<br />
bei der Effiz<strong>ie</strong>nz: d<strong>ie</strong> Wirkungsgrade sind<br />
noch so t<strong>ie</strong>f, dass ein wirtschaftlicher Betr<strong>ie</strong>b<br />
nicht möglich ist, da nicht nur d<strong>ie</strong> Erträge<br />
gering sondern auch d<strong>ie</strong> Kosten für<br />
Becken und Kanal verhältnisweise hoch<br />
sind. Es wird intensiv an verbesserten Rotoren<br />
gearbeitet. Bei den Umweltaspekten<br />
glänzt d<strong>ie</strong> Pilotanlage einzig durch den<br />
schadensfre<strong>ie</strong>n Abst<strong>ie</strong>g der Fische durch<br />
d<strong>ie</strong> Maschine; bei allen übrigen Themen<br />
w<strong>ie</strong> Sedimentdurchgängigkeit, Landschaftsbild<br />
und Lärmemissionen hebt sich<br />
das Konzept der WWK kaum von konventionellen<br />
Kraftwerken ab.<br />
4.2 Hydro-kinetische Wandler<br />
D<strong>ie</strong> hydro-kinetische Turbine bedarf keiner<br />
baulichen Massnahmen w<strong>ie</strong> Dämme,<br />
Schleusen oder Fischaufst<strong>ie</strong>gshilfen. S<strong>ie</strong><br />
nutzt nur d<strong>ie</strong> kinetische Energ<strong>ie</strong> des fl<strong>ie</strong>ssenden<br />
Wassers. Deshalb passt d<strong>ie</strong>ses<br />
Bild 13. Darstellung des Wasserwirbelkraftwerks Schöftland an der Suhre (Quelle:<br />
Bachelor-Arbeit FHNW 2011, ergänzt durch d<strong>ie</strong> Autoren).<br />
Konzept eigentlich nicht in d<strong>ie</strong> Z<strong>ie</strong>lsetzung<br />
der vorl<strong>ie</strong>genden Untersuchung, nämlich<br />
d<strong>ie</strong> heute verfügbaren Technolog<strong>ie</strong>n für d<strong>ie</strong><br />
energetische Nutzung der v<strong>ie</strong>len bestehenden<br />
Querbauwerke in Schweizer Flüssen<br />
zu evalu<strong>ie</strong>ren. Weil sich v<strong>ie</strong>le Investoren für<br />
d<strong>ie</strong>ses in den Med<strong>ie</strong>n oft gezeigte Konzept<br />
interess<strong>ie</strong>ren, wurde es trotzdem kurz untersucht.<br />
Erste Versuche mit hydro-kinetischen<br />
Turbinen gehen auf frühe Arbeiten<br />
von ITDG in England zurück, der Garman-<br />
Turbine (1987). Später kam d<strong>ie</strong> belgische<br />
Firma Rutten mit versch<strong>ie</strong>denen Wasserrädern<br />
auf Pontons recht weit. Einen völlig<br />
neuen Weg ging d<strong>ie</strong> Firma Aqua Libre<br />
aus W<strong>ie</strong>n mit ihrer «Strom-Boje», d<strong>ie</strong> ein<br />
im Wasser völlig eingetauchtes Laufrad<br />
mit anschl<strong>ie</strong>ssendem Diffusor vorschlägt.<br />
Der erste Prototyp der Aqua Libre mit<br />
150 cm Rotor wurde ab Dezember 2006<br />
in der Donau bei Weissenkirchen in der<br />
Wachau getestet. Seither wurden v<strong>ie</strong>le<br />
Verbesserungen aufgenommen und an<br />
der Optim<strong>ie</strong>rung der Leistung, der Form<br />
und der Herstellung gearbeitet. Seit Herbst<br />
2009 schwimmt der zweite, schon ser<strong>ie</strong>nnahe<br />
Prototyp – d<strong>ie</strong> Strom-Boje 2 – in der<br />
Donau.<br />
Einen ähnlichen Ansatz verfolgen<br />
d<strong>ie</strong> drei Firmen Hydro Green Energy<br />
(Houston, Texas), d<strong>ie</strong> KSB, Pumpenhersteller<br />
aus Frankenthal (D) und d<strong>ie</strong> Smart<br />
Hydro Power GmbH aus Feldafing bei<br />
München (D). D<strong>ie</strong> erste 100 kW-Anlage der<br />
Hydro Green Energy ging 2009 im Mississippi<br />
bei Hastings in Betr<strong>ie</strong>b. Über d<strong>ie</strong> Betr<strong>ie</strong>bserfahrungen<br />
ist nichts bekannt. D<strong>ie</strong><br />
Entwicklung der KSB wurde im Oktober<br />
2010 im Rhein bei St. Goar erstmals eingesetzt.<br />
D<strong>ie</strong> 5 kW-Turbine der Smart Hydro<br />
Power GmbH wurde erst im April 2011 der<br />
Öffentlichkeit vorgestellt.<br />
Mit der Entwicklung am weitesten<br />
fortgeschritten ist d<strong>ie</strong> Aqua Libre mit ihrer<br />
Strom-Boje 2. D<strong>ie</strong> Anforderungen für einen<br />
wirtschaftlichen Einsatz einer Stromboje<br />
sind:<br />
eine Strömungsgeschwindigkeit von<br />
zwischen 1.5 m/s und 3.5 m/s<br />
Wassert<strong>ie</strong>fen von mind. 3 m.<br />
In Schweizer Mittelland-Flüssen<br />
exist<strong>ie</strong>ren Wassert<strong>ie</strong>fen von 3 m und mehr<br />
nur in Aare, Rhone und Rhein und auch<br />
dort ganzjährlich nur im Bereich von bestehenden<br />
Wasserkraftanlagen. In frei fl<strong>ie</strong>ssenden<br />
<strong>Flu</strong>ssstrecken sind solch grosse<br />
Wassert<strong>ie</strong>fen nicht ganzjährlich verfügbar.<br />
Strömungsgeschwindigkeiten von über<br />
2 m/s finden sich ausserdem am Prallufer<br />
bei Gewässerb<strong>ie</strong>gungen und im Hochwasserfall.<br />
Am Prallufer wird man eine hydrokinetische<br />
Turbine nicht einsetzen wollen,<br />
weil dort das Geschwemmsel auftrifft (inkl.<br />
ganzer Baumstämme im Hochwasserfall),<br />
welches d<strong>ie</strong> am Grund fix<strong>ie</strong>rte Maschine<br />
190 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
verklausen oder beschädigen kann. Werden<br />
w<strong>ie</strong> von den Promotoren d<strong>ie</strong>ser Konzepte<br />
postul<strong>ie</strong>rt, ganze Ser<strong>ie</strong>n von hydrokinetischen<br />
Turbinen hinter und nebeneinander<br />
in den <strong>Flu</strong>ss gehängt, um grössere<br />
Leistungen zu erz<strong>ie</strong>len, wird ein leichter<br />
Aufstau des <strong>Flu</strong>sses spürbar werden, der<br />
d<strong>ie</strong> Leistung von bestehenden <strong>Flu</strong>sskraftwerken<br />
in der Nähe reduz<strong>ie</strong>ren kann. Es ist<br />
physikalisch nicht möglich, d<strong>ie</strong> Maschinen<br />
im <strong>Flu</strong>ss zu platz<strong>ie</strong>ren und dem fl<strong>ie</strong>ssenden<br />
Wasser Energ<strong>ie</strong> zu entz<strong>ie</strong>hen, ohne dass<br />
sich mit der Turbinen-Ser<strong>ie</strong> flussaufwärts<br />
ein neuer höherer Wassersp<strong>ie</strong>gel ausbildet<br />
als ohne d<strong>ie</strong> Ser<strong>ie</strong>. D<strong>ie</strong> Bewilligungsfähigkeit<br />
einer solchen Ser<strong>ie</strong> von hydrokinetischen<br />
Turbinen z.B. innerhalb der<br />
Konzessions- resp. Staustrecke eines<br />
bestehenden <strong>Flu</strong>sskraftwerks ist deshalb<br />
als nicht gegeben einzustufen. D<strong>ie</strong>se Tatsache<br />
schränkt d<strong>ie</strong> kommerz<strong>ie</strong>lle Nutzung<br />
der hydrokinetischen Turbinen in Schweizer<br />
Mittellandflüssen stark ein. In grossen<br />
Flüssen im Ausland (Donau, Mississippi,<br />
Amazonas, usw.) sind d<strong>ie</strong>se Einschränkungen<br />
weniger relevant.<br />
Unbestritten ist d<strong>ie</strong> hervorragende<br />
ökologische Verträglichkeit d<strong>ie</strong>ses<br />
Konzepts (Sedimentdurchgängigkeit,<br />
Fischabst<strong>ie</strong>g, Landschaftsbild, Lärmimmissionen).<br />
Abgesehen davon, dass d<strong>ie</strong><br />
Bedingungen bezüglich Wassert<strong>ie</strong>fe und<br />
Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>eschwindigkeiten, d<strong>ie</strong> einen Einsatz<br />
der hydrokinetischen Turbinen in<br />
Schweizer Flüssen erlauben, an nur wenigen<br />
Standorten gegeben sind, muss sich<br />
jeder Investor klar sein, dass d<strong>ie</strong> besonderen<br />
Risiken d<strong>ie</strong>ser Technolog<strong>ie</strong> in Schweizer<br />
Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässern nicht unerheblich<br />
sind (Geschwemmsel, Verklausung, Zugänglichkeit,<br />
Langlebigkeit, Bewilligungsfähigkeit).<br />
Bild 15. Prinzipskizze der Wasserkraftschnecke (Quelle: Ritz-<br />
Atro).<br />
4.3 Wasserkraftschnecke<br />
Als Archimedische Schnecke ist d<strong>ie</strong> Wasserförderschnecke<br />
seit dem Altertum bekannt.<br />
Neu ist d<strong>ie</strong> Anwendung, aus der<br />
energetischen Umkehrung ihrer Arbeitsweise,<br />
eine Kraftmaschine zur Energ<strong>ie</strong>gewinnung<br />
zu machen.<br />
D<strong>ie</strong> Firmen Ritz-Atro (Nürnberg<br />
D), Rehart (Ehingen D), Spaans Babcock<br />
(Balk NL) und Landustr<strong>ie</strong> (Sneek NL) haben<br />
zusammen bereits über 100 Wasserkraftschnecken<br />
install<strong>ie</strong>rt, davon auch deren<br />
drei in der Schweiz (Derendingen, Ennenda<br />
und Hirschthal).<br />
Der Nachteil der Einzelfertigung zur<br />
Anpassung an von Ort zu Ort versch<strong>ie</strong>dene<br />
Fallhöhen- und Abfluss-Bedingungen<br />
entfällt dadurch, dass im Gegensatz zu<br />
herkömmlichen Wasserrädern bei Wasserkraftschnecken<br />
kein Zusammenhang<br />
zwischen Fallhöhe und Durchmesser besteht.<br />
Der Schneckendurchmesser hängt<br />
nur vom Wasserdargebot ab. D<strong>ie</strong> Übereinstimmung<br />
mit Wasserförderschnecken<br />
(Abwasserreinigungsanlage) ermöglicht<br />
zudem d<strong>ie</strong> Auswahl unter Normteilen der<br />
Hersteller.<br />
Moderne Wasserkraftschnecken<br />
sind unkompliz<strong>ie</strong>rt in Bau, Betr<strong>ie</strong>b und Wartung.<br />
S<strong>ie</strong> bestehen im Wesentlichen aus<br />
einem Trog, einer Wasserkraftschnecke<br />
und einer Abtr<strong>ie</strong>bseinheit (s<strong>ie</strong>he Bild 15).<br />
Ihr Vorteil gegenüber Turbinen l<strong>ie</strong>gt zum<br />
einen im relativ flachen Wirkungsgradverlauf.<br />
Typische Gesamtwirkungsgrade<br />
der Schnecken l<strong>ie</strong>gen inklusive Getr<strong>ie</strong>be<br />
und Generator zwischen 70 und 80%,<br />
also nur max. 10% t<strong>ie</strong>fer als bei Turbinen<br />
modernster Bauart. Zum anderen sind d<strong>ie</strong><br />
Schnecken etwas kostengünstiger in ihrer<br />
Errichtung, da der Feinrechen entfällt. D<strong>ie</strong><br />
Reinigung des Grobrechens erfordert je-<br />
doch in Schweizer Verhältnissen einen<br />
nicht zu unterschätzenden Betr<strong>ie</strong>bsaufwand<br />
und eine Rechenreinigungsmaschine<br />
muss trotzdem fast immer vorgesehen<br />
werden.<br />
D<strong>ie</strong> Ausbauwassermenge der<br />
Wasserkraftschnecke ist auf ca. 8 m 3 /s<br />
limit<strong>ie</strong>rt (Quelle Rehart GmbH). Zur Nutzung<br />
grösserer Wassermengen müssen<br />
mehrerer Wasserkraftschnecken parallel<br />
geschalten werden. Wasserkraftschnecken<br />
können selbstregelnd mit konstanter<br />
Drehzahl (OW-Sp<strong>ie</strong>gel fällt ab) oder drehzahlvariabel<br />
über Frequenzumrichter betr<strong>ie</strong>ben<br />
werden; letzteres ist nötig, wenn<br />
trotz abnehmendem Durchfluss der Oberwassersp<strong>ie</strong>gel<br />
unverändert gehalten werden<br />
soll. D<strong>ie</strong>s ist für Schweizer Flüsse<br />
in den meisten Fällen der Fall, weil ja für<br />
einen kons tanten Abfluss durch d<strong>ie</strong> Fischaufst<strong>ie</strong>gshilfe<br />
ein geregelter Oberwassersp<strong>ie</strong>gel<br />
erforderlich ist.<br />
Nachteilig an der Wasserkraftschnecke<br />
sind zum einen d<strong>ie</strong> Verluste bei<br />
variablem Unterwassersp<strong>ie</strong>gel (bei hohem<br />
UW-Sp<strong>ie</strong>gel erg<strong>ie</strong>sst sich <strong>Flu</strong>sswasser zurück<br />
in d<strong>ie</strong> Schnecke und erzeugt neben<br />
energetischen Verlusten Stösse und Lärm)<br />
und zum anderen d<strong>ie</strong> offene Konstruktion<br />
der Schnecke, d<strong>ie</strong> eine Aufstellung<br />
an lärmempfindlichen Standorten verunmöglicht.<br />
Etwas Abhilfe schafft eine Abdeckung<br />
der Schnecke, was auch im Hinblick<br />
auf d<strong>ie</strong> Eisbildung am Trog im Winter meist<br />
ohnehin erforderlich wird; trotzdem können<br />
d<strong>ie</strong> Probleme durch Eis (wegen des<br />
«Freisp<strong>ie</strong>gelabflusses» in der Maschine)<br />
nicht immer verm<strong>ie</strong>den werden.<br />
Ideal ist der Einbau der Wasserkraftschnecke<br />
in Ausleitkanälen, d<strong>ie</strong> vor<br />
Hochwasser geschützt sind und meist<br />
einen klar defin<strong>ie</strong>rten Unterwassersp<strong>ie</strong>gel<br />
Bild 16. Evaluation der Wasserkraftschnecke.<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 191
haben. Der Einbau direkt an bestehende<br />
Schwellen in den grösseren Schweizer<br />
Flüssen (das Z<strong>ie</strong>l der vorl<strong>ie</strong>genden Untersuchung)<br />
ist wegen potent<strong>ie</strong>ller Schäden<br />
durch Hochwasser und vor allem durch<br />
Schwemmgut vorsichtig abzuwägen.<br />
D<strong>ie</strong> Technolog<strong>ie</strong> der Wasserkraftschnecke<br />
zeichnet sich in den Bereichen<br />
Umwelt und Wasserbau nicht durch wirkliche<br />
Innovationen aus. Punkten kann d<strong>ie</strong><br />
Wasserkraftschnecke durch ihren einfachen<br />
Betr<strong>ie</strong>b und Unterhalt sow<strong>ie</strong> durch<br />
den recht hohen Wirkungsgrad, sofern<br />
der Betr<strong>ie</strong>b der Anlage nicht durch einen<br />
stark variablen Unterwassersp<strong>ie</strong>gel gestört<br />
wird.<br />
4.4 Weitere Konzepte<br />
Für d<strong>ie</strong> Nutzung kleinster Fallhöhen kombin<strong>ie</strong>rt<br />
mit relativ geringen Durchflüssen<br />
stehen seit dem Altertum d<strong>ie</strong> Wasserräder<br />
in versch<strong>ie</strong>denen Ausgestaltungen zur<br />
Verfügung. Für d<strong>ie</strong> Stromerzeugung sind<br />
d<strong>ie</strong>se jedoch wegen ihrer geringen Drehzahl<br />
nicht besonders geeignet, so dass<br />
in den letzten Jahren neue Konzepte von<br />
wasserradähnlichen Wandlern w<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong><br />
Staudruckmaschine und d<strong>ie</strong> Lammellenturbine<br />
entwickelt worden sind.<br />
D<strong>ie</strong> Staudruckmaschine besteht<br />
aus einem quer zur Fl<strong>ie</strong>ssrichtung l<strong>ie</strong>genden<br />
Schaufelrad mit Nabe (Durchmesser<br />
= Stauhöhe). D<strong>ie</strong> Nabe des Antr<strong>ie</strong>bsrades<br />
wirkt als Stau und ersetzt das sonst erforderliche<br />
Wehr resp. den Wehrverschluss.<br />
Im Rahmen des EU-Forschungsprojekts<br />
«HYLOW», welches d<strong>ie</strong> Entwicklung<br />
von wirtschaftlichen und ökologisch<br />
effektiven Wasserkraftwandlern für n<strong>ie</strong>drigste<br />
Fallhöhen bis 2.5 m zum Z<strong>ie</strong>l hat,<br />
wurden zwei Pilotprojekte von Staudruckmaschinen<br />
in Deutschland und in Bulgar<strong>ie</strong>n<br />
gebaut. Es bestehen noch keine<br />
Betr<strong>ie</strong>bserfahrungen und auch noch kein<br />
Anb<strong>ie</strong>ter einer kommerz<strong>ie</strong>llen Staudruckmaschine,<br />
so dass keine eigentliche Evaluation<br />
durchgeführt werden konnte.<br />
D<strong>ie</strong> theoretischen Untersuchungen<br />
und d<strong>ie</strong> Labortests zur Stau- oder Wasserdruckmaschine<br />
an der Universität<br />
Southampton (Prof. Gerald Müller) haben<br />
aber gezeigt, dass:<br />
Wasserdruckmaschinen d<strong>ie</strong> einzigen<br />
Wandler sind, d<strong>ie</strong> bei kleinen Fallhöhen<br />
von 1 m bis 2.5 m grosse Durchflüsse<br />
bis 4 m 3 /s pro Meter Breite verarbeiten<br />
können; Wasserräder moderner<br />
Bauart bringen es auf max. 1.2 m 3 /s/m;<br />
Wasserdruckmaschinen mit geringe -<br />
ren Raddurchmessern auskommen<br />
als vergleichbare Wandler w<strong>ie</strong> Wasserräder<br />
und sich so besser in d<strong>ie</strong> Landschaft<br />
einfügen lassen.<br />
Wasserdruckmaschinen mit höheren<br />
Drehzahlen arbeiten (n t > 15 min -1 ) als<br />
vergleichbare Wasserräder (d<strong>ie</strong> bei<br />
unter 7 min -1 l<strong>ie</strong>gen) und damit etwas<br />
leichter zum Antr<strong>ie</strong>b eines Generators<br />
zur Stromproduktion herangezogen<br />
werden können.<br />
Seit Ende 2008 ist eine Weiterentwicklung<br />
der unterschlächtigen Wasserräder<br />
auf dem Markt, und zwar d<strong>ie</strong> sogenannte<br />
Lamellenturbine der Firma BEW-<br />
Power aus Österreich. D<strong>ie</strong>se Maschine soll<br />
sowohl d<strong>ie</strong> kinetische Energ<strong>ie</strong> w<strong>ie</strong> auch d<strong>ie</strong><br />
Lageenerg<strong>ie</strong> des Wassers, meistens aus<br />
einem Kanal, nutzen. Damit ist es kein rein<br />
unterschlächtiges Wasserrad. Es werden<br />
mechanische Wirkungsgrade an der Welle<br />
von sagenhaften 90% angegeben.<br />
Das besondere d<strong>ie</strong>ser Maschine<br />
sind d<strong>ie</strong> Schaufeln des Rades sow<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong><br />
hohen Drehzahlen von 50 min -1 und mehr,<br />
was einerseits d<strong>ie</strong> Baugrösse der Maschine<br />
reduz<strong>ie</strong>rt und andererseits d<strong>ie</strong> Anforderungen<br />
für den Antr<strong>ie</strong>b eines Generators<br />
erleichtert.<br />
Bisher bestehen zwei Anlagen mit<br />
Lamellenturbinen, und zwar in Gumpoldskirchen<br />
und Feldkirchen bei Graz (beide<br />
Österreich). In den letzten drei Jahren<br />
wurde wohl keine weitere Anlage install<strong>ie</strong>rt.<br />
Insbesondere der angegebene Turbinen-Wirkungsgrad<br />
von 90% scheint<br />
unglaublich hoch; bisher erreichten unterschlächtige<br />
Wasserräder ca. 40% und mittelschlächtige<br />
max. 75%. Um das Teillastverhalten<br />
der Maschine zu verbessern und<br />
d<strong>ie</strong> Netzbedingungen einhalten zu können,<br />
wird neben einem mehrstufigen Getr<strong>ie</strong>be<br />
auch ein Frequenzumrichter benötigt.<br />
D<strong>ie</strong> Gesamtwirkungsgrade bis zum Netz<br />
fallen damit auf ca. 60%. Der Vorteil der<br />
Lamellenturbine reduz<strong>ie</strong>rt sich damit auf<br />
d<strong>ie</strong> kompaktere Bauweise, welcher aber<br />
durch eine höhere Fischmortalität beim<br />
Turbinendurchgang und grössere Lärmimmissionen<br />
erkauft wird. D<strong>ie</strong> Kos ten für<br />
d<strong>ie</strong> elektromechanische Ausrüstung, d.h.,<br />
ohne Wasserbaukosten sind vergleichbar<br />
mit den Kosten eines mittelschlächtigen<br />
Wasserrades aus Schweizer Produktion.<br />
Da d<strong>ie</strong> Lamellenturbine als Wasserrad<br />
sich nicht besonders für d<strong>ie</strong> Nutzung<br />
des Wasserkraftpotenzials von bestehenden<br />
Querschwellen in Flüssen eignet,<br />
sondern eher an Ausleitkanälen eingesetzt<br />
werden kann, wurde keine eigentliche Evaluat<br />
5. Schlussfolgerungen<br />
und Ausblick<br />
Ingesamt wurden s<strong>ie</strong>ben Pilotlösungen<br />
und drei schon länger bekannte Wasserkraftmaschinen<br />
für kleinste Fallhöhen<br />
identifiz<strong>ie</strong>rt und deren Anwendung für<br />
Schweizer Verhältnisse teilweise evalu<strong>ie</strong>rt.<br />
Es zeigte sich, dass:<br />
einige der besuchten Anlagen erst im<br />
Jahre 2010 in Betr<strong>ie</strong>b genommen werden<br />
konnten und deshalb noch kaum<br />
über relevante Betr<strong>ie</strong>bserfahrungen<br />
verfügen;<br />
zum Teil noch v<strong>ie</strong>le Kinderkrankheiten<br />
vorherrschen und d<strong>ie</strong> Entwicklung<br />
nicht abgeschlossen ist;<br />
für zwei Konzepte (Wasserdruckmaschine<br />
und Schachtkraftwerk) noch<br />
keine Anb<strong>ie</strong>ter von tatsächlich käuflichen<br />
Maschinen und Anlagen auf dem<br />
Markt sind; d<strong>ie</strong>se Konzepte sind noch<br />
im Entwicklungsstadium bei Universitäts-Instituten;<br />
keines der insgesamt 10 untersuchten<br />
Konzepte eine Lösung für sämtliche<br />
Anwendungsfälle darstellt; v<strong>ie</strong>lmehr<br />
müssen d<strong>ie</strong> spezifischen Anforderungen<br />
der versch<strong>ie</strong>denen Ultra-N<strong>ie</strong>derdruck-Standorte<br />
analys<strong>ie</strong>rt und das<br />
jeweils bestgeeignete Konzept gewählt<br />
werden. D<strong>ie</strong> vorl<strong>ie</strong>gende Untersuchung<br />
kann dazu eine Systematik<br />
und erste Anhaltspunkte geben.<br />
Verdankung<br />
D<strong>ie</strong> vorl<strong>ie</strong>genden Untersuchungen zu den neuen<br />
Konzepten im Ultran<strong>ie</strong>derdruck-Bereich wurden<br />
vom Forschungsprogramm Wasserkraft<br />
des Bundesamtes für Energ<strong>ie</strong> (BfE) unterstützt.<br />
Für d<strong>ie</strong> Beurteilung und Benotung waren jedoch<br />
ausschl<strong>ie</strong>sslich d<strong>ie</strong> Autoren des Berichts<br />
verantwortlich, d<strong>ie</strong> sich als Investoren und Betreiber<br />
von Kleinwasserkraftanlagen vor allem<br />
von Risikoabschätzungen (Unterwasseranordnung)<br />
und Überlegungen zur Langlebigkeit der<br />
Anlagen und weniger von Versprechungen der<br />
Promotoren zu Wirkungsgraden und Kosteneinsparungen<br />
der versch<strong>ie</strong>denen Konzepte leiten<br />
l<strong>ie</strong>ssen.<br />
Anschrift der Verfasser<br />
Peter Eichenberger, Ivo Scherrer<br />
Entegra Wasserkraft AG, Reichsgasse 3<br />
CH-7000 Chur<br />
Tel. +41 81 511 11 60<br />
peter.eichenberger@entegra.ch<br />
ivo.scherrer@entegra.ch<br />
www.entegra.ch<br />
192 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Das Magdalenen-Hochwasser von 1342 –<br />
der «hydrologische Gau» in Mitteleuropa<br />
Eveline Zbinden<br />
Zusammenfassung<br />
D<strong>ie</strong> herausragendste, historisch belegbare Überschwemmungskatastrophe in Mitteleuropa<br />
fand im Sommer 1342 – sechs Jahre vor der Grossen Pest 1348 – statt.<br />
Sintflutartige und flächenhaft über Mitteleuropa verbreitete N<strong>ie</strong>derschläge lösten am<br />
Magdalenentag (22. Juli) eine <strong>Flu</strong>twelle aus, w<strong>ie</strong> s<strong>ie</strong> in Höhe und Ausmass seither<br />
nicht w<strong>ie</strong>der zu beobachten war und in allen mitteleuropäischen <strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong>ten ein<br />
ungeheuerliches Schadensbild hinterl<strong>ie</strong>ss. D<strong>ie</strong> Brücken in Regensburg, Bamberg,<br />
Würzburg, Frankfurt, Dresden und Erfurt wurden zerstört, und das Wasser überflutete<br />
d<strong>ie</strong> Innenstädte mit ihren Plätzen, Kirchen und Rathäusern. Es ist anzunehmen, dass<br />
zehntausende Menschen in den <strong>Flu</strong>ten ertranken. In ländlichen Geb<strong>ie</strong>ten kam es zu<br />
einem extrem starken Oberflächenabfluss, das Hochwasser riss t<strong>ie</strong>fe Schluchten,<br />
und d<strong>ie</strong> Bodenerosion erreichte katastrophales Ausmass. Kein Einzelereignis in historischer<br />
Zeit hatte einen derartigen Einfluss auf d<strong>ie</strong> Landschaftsoberfläche der Einzugsgeb<strong>ie</strong>te<br />
von Donau, Neckar, Main, Lahn, Rhein (unterhalb der Neckarmündung),<br />
Weser, Elbe und Eider w<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong>ses Hochwasser. In weiten Geb<strong>ie</strong>ten wurde d<strong>ie</strong> Ernte<br />
vernichtet, es kam zu Teuerung und Hungersnöten. Das Hochwasser zählt zu den<br />
schwersten Naturkatastrophen im Europa der letzten 1000 Jahre, und d<strong>ie</strong> Veränderungen<br />
des Rel<strong>ie</strong>fs, der Böden und damit der Landnutzung wirken bis heute nach.<br />
1. Einleitung<br />
Wetter, Klima, Extremereignisse und dadurch<br />
verursachte Naturkatastrophen sind<br />
Themenbereiche, d<strong>ie</strong> unsere Gesellschaft<br />
in besonderem Masse berühren [13]. Heutzutage<br />
werden nach grossen Hochwasserereignissen<br />
regelmässig Vergleiche<br />
gezogen, Rangzahlen vergeben, Jährlichkeiten<br />
berechnet, Ursachen diskut<strong>ie</strong>rt und<br />
Trends ermittelt [11]. V<strong>ie</strong>len Mitteleuropäern<br />
sind d<strong>ie</strong> Hochwasser an Oder (1997)<br />
und Elbe (2002) in Erinnerung. Man sprach<br />
in d<strong>ie</strong>sem Zusammenhang oft von «Jahrhundertflut»,<br />
um auf d<strong>ie</strong> Grösse des Ausmasses<br />
hinzuweisen.<br />
Neben Abflussreihen und Schätzverfahren<br />
bildet d<strong>ie</strong> Hochwassergeschichte<br />
mit der Ereignisanalyse historischer<br />
Extremereignisse d<strong>ie</strong> Grundlage für eine<br />
fund<strong>ie</strong>rte Hochwasserabschätzung mit<br />
Jährlichkei ten, wofür möglichst genaue<br />
und weit zurückreichende Kenntnisse<br />
über d<strong>ie</strong> Hochwasseraktivität, w<strong>ie</strong> Pegel,<br />
Abflüsse und Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>eschwindigkeiten benötigt<br />
werden [11], [36].<br />
Um eine Einordnung des Geschehens<br />
vornehmen zu können, sind möglichst<br />
lange Zeitreihen der versch<strong>ie</strong>denen<br />
hydrologischen Grössen unabdingbar.<br />
Seit Ende des 18. Jahrhunderts l<strong>ie</strong>gen für<br />
zahlreiche <strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong>te in Deutschland<br />
erste instrumentelle Pegel- und Durchflussmessungen<br />
vor. Der den Analysen<br />
zugrunde l<strong>ie</strong>gende Untersuchungszeitraum<br />
von bis zu 200 Jahren ist recht kurz<br />
bemessen, um d<strong>ie</strong> Variabilität der Hochwasser<br />
und ihrer Folgewirkungen zu erfassen.<br />
D<strong>ie</strong> Erweiterung kurzer Abflussmessreihen<br />
mit Erkenntnissen aus historischen<br />
Hochwassern kann bei der Abschätzung<br />
seltener Hochwasserabflüsse (HQ) wesentlich<br />
dazu beitragen, d<strong>ie</strong> Sicherheit der<br />
Abschätzungen zu erhöhen [14] und d<strong>ie</strong><br />
Extremwertstatistik auf einem grösseren<br />
Datensatz abzustützen [31].<br />
Im vorl<strong>ie</strong>genden Artikel wird der<br />
Frage nach dem konkreten Ausmass<br />
eines extremen Hochwasserereignisses<br />
und dessen Einfluss auf Mensch und Natur<br />
nachgegangen, wobei das Hochwasser<br />
von 1342 h<strong>ie</strong>r als Fallbeisp<strong>ie</strong>l d<strong>ie</strong>nt, weil<br />
es das bisher grösste historisch belegte<br />
Hochwasser in Mitteleuropa darstellt.<br />
In einem ersten Teil wird als Basis<br />
der Untersuchung d<strong>ie</strong> Methodik und d<strong>ie</strong><br />
Quellenlage vorgestellt, d<strong>ie</strong> zur Analyse<br />
d<strong>ie</strong>ses historischen Hochwassers verwendet<br />
wurden. Darauf folgt eine Be-<br />
schreibung des Hochwasserereignisses<br />
mit einem Rekonstruktionsversuch von<br />
Pegel und Abflüssen sow<strong>ie</strong> selbst Bodenerosionsraten.<br />
Als nächstes wird der Frage<br />
nach den möglichen Ursachen nachgegangen,<br />
und d<strong>ie</strong> Auswirkungen auf Gesellschaft<br />
und Landschaft werden diskut<strong>ie</strong>rt.<br />
Schl<strong>ie</strong>sslich wird d<strong>ie</strong> Bedeutung der Analyse<br />
von Extremereignissen für d<strong>ie</strong> heutige<br />
Hochwasserabschätzung erläutert.<br />
2. Methoden und Quellen<br />
2.1 Der breite Fächer der Methodik<br />
D<strong>ie</strong> Rekonstruktion von Hochwasserverhältnissen<br />
anhand von Messreihen d<strong>ie</strong>nt<br />
heute vorw<strong>ie</strong>gend der Berechnung von<br />
Hochwasserwahrscheinlichkeiten im Rahmen<br />
des Wasserbaus. D<strong>ie</strong> historische<br />
Klimaforschung, d<strong>ie</strong> sich u.a. mit der Rekonstruktion<br />
vergangener Hochwasser<br />
befasst, bed<strong>ie</strong>nt sich insbesondere für d<strong>ie</strong><br />
Grundlagenforschung historisch-vergleichender<br />
(qualitativer) Methoden und für<br />
weitere Auswertungen und d<strong>ie</strong> Ermittlung<br />
von Kennzahlen eines naturwissenschaftlich-statistischen<br />
(quantitativen) Vorgehens.<br />
D<strong>ie</strong> dafür relevanten Disziplinen mit<br />
ihrer Methodenv<strong>ie</strong>lfalt sind breit gefächert.<br />
Dazu gehören neben Geschichte, Klimatolog<strong>ie</strong><br />
und Hydrolog<strong>ie</strong> auch Geomorpholog<strong>ie</strong>,<br />
Geoökolog<strong>ie</strong>, Bodenkunde, Agrarwissenschaften,<br />
Wirtschaft und Archäolog<strong>ie</strong>.<br />
Dabei muss für Hochwasserangaben aus<br />
früheren Zeiten auf äusserst heterogene<br />
Quellen zurückgegriffen werden. D<strong>ie</strong> breite<br />
Palette an möglichen «Archiven» birgt etliche<br />
quellenkritische Herausforderungen,<br />
d<strong>ie</strong> es zu berücksichtigen gilt [21]. Eine<br />
weitere Dimension bei der Ermittlung der<br />
Schwere des Ereignisses eröffnet sich<br />
durch d<strong>ie</strong> Interpretation der Ursachen und<br />
der Auswirkungen [13].<br />
2.2 Quellen aus diversen «Archiven»<br />
D<strong>ie</strong> Quellenlage für das Jahr 1342 ist ausgezeichnet,<br />
denn es exist<strong>ie</strong>rt eine für das<br />
Spätmittelalter ungewöhnlich hohe Anzahl<br />
an Informationen aus diversen «Archiven».<br />
Dabei unterscheidet man zwischen<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 193
Bild 1. Hochwassermarken der Lahn-<br />
Hoch wasser am Limburger Domfelsen<br />
(Quelle: verändert nach [47]).<br />
«anthropogenen Archiven» (Archive der<br />
Gesellschaft) und «Geoarchiven» (Archive<br />
der Landschaft) [5]. D<strong>ie</strong> Ergebnisse<br />
aus den versch<strong>ie</strong>denen Archiven werden<br />
miteinander verglichen und Schlüsse daraus<br />
gezogen. D<strong>ie</strong> Zusammenstellung der<br />
Resultate gewährleistet ein breit abgestütztes<br />
Bild der Abläufe im Zusammenhang<br />
mit dem Sommerhochwasser 1342<br />
in Mitteleuro pa.<br />
2.3 Analyse der anthropogenen<br />
Archive<br />
D<strong>ie</strong> Qualität anthropogener Archive<br />
Anthropogene Archive zum Hochwasser<br />
1342 umfassen zeitgenössische und später<br />
entstandene Beschreibungen (Schriftquellen),<br />
Gedenktafeln, Inschriften, Hoch -<br />
wassermarken und vereinzelt auch Bildzeugnisse<br />
[28]. D<strong>ie</strong> historische Hochwasserforschung<br />
erstellt Abflussreihen sow<strong>ie</strong><br />
Analysen von Hochwasser, d<strong>ie</strong> über den<br />
Zeitraum der amtlichen instrumentellen<br />
Beobachtungsperiode hinaus in d<strong>ie</strong> Vergangenheit<br />
reichen [10]. Dabei stellen<br />
Schriftquellen bei der Erforschung des<br />
1342er-Hochwassers den grössten Teil<br />
des historischen Datenmaterials dar [14].<br />
Chroniken stammen oft aus Klöstern und<br />
enthalten meist Zeitzeugenberichte. Aber<br />
auch später entstandene Schriften beschreiben<br />
d<strong>ie</strong> <strong>Flu</strong>t und ihre Folgen [28].<br />
Daneben exist<strong>ie</strong>ren auch vereinzelt Gedenktafeln<br />
(z.B. Würzburg, Hannoversch<br />
Münden), (Bilder 3, 4) und Hochwassermarken<br />
(z.B. Limburg an der Lahn, Frankfurt<br />
am Main) (Bilder 1, 5). Neben den ver-<br />
hältnismässig v<strong>ie</strong>le Beschreibungen von<br />
Chronisten, exist<strong>ie</strong>ren vereinzelt auch<br />
Inschriften, d<strong>ie</strong> sich auf d<strong>ie</strong> Witterungsgeschichte<br />
des Sommers 1342 bez<strong>ie</strong>hen<br />
[5]. Eine Göttinger Minuskelinschrift von<br />
1342 ist z.B. dem Gedenken an Hermann<br />
Goldschm<strong>ie</strong>d gewidmet, der bei der Überflutung<br />
ertrunken ist [7]. Manche Quellen<br />
enthalten als Zeitangaben lediglich das<br />
Jahr, andere den Hinweis auf den Sommer<br />
1342, bei weiteren werden teilweise Tag<br />
oder sogar d<strong>ie</strong> Tageszeit erwähnt.<br />
Alle Arten von Schriftquellen müssen<br />
historisch-kritisch betrachtet werden<br />
[31], da ihre Genauigkeit untersch<strong>ie</strong>dlich<br />
ist und es einer sorgfältigen Prüfung und<br />
Interpretation bedarf [36].<br />
Aussergewöhnliche Quellenlage<br />
Im Raume Deutschland ist d<strong>ie</strong> Anzahl zeitgenössischer<br />
Schriftquellen, d<strong>ie</strong> Hochwasser<br />
beschreiben, über d<strong>ie</strong> Jahrhunderte<br />
sehr untersch<strong>ie</strong>dlich verteilt. Vor dem<br />
Jahr 1000 sind d<strong>ie</strong> Quellen sehr spärlich<br />
gestreut, nach der Jahrtausendwende bis<br />
ins 13. Jahrhundert nehmen d<strong>ie</strong> Nachrichten<br />
und Berichte über Hochwasserereignisse<br />
zu und werden dichter. D<strong>ie</strong>s<br />
bedeutet aber nicht, dass in d<strong>ie</strong>ser Zeit<br />
d<strong>ie</strong> Hochwasser zahlreicher werden, nur<br />
d<strong>ie</strong> Nachrichten über s<strong>ie</strong> nehmen zu. Ab<br />
dem 14. Jh. wächst d<strong>ie</strong> Anzahl der Berichte<br />
weiter, aber auch d<strong>ie</strong> Hochwasseraktivität<br />
nimmt zu [37].<br />
Gemäss Pfister et al., gehört es zu<br />
den Besonderheiten historischer Quellen,<br />
dass s<strong>ie</strong> für Extrem ereignisse besonders<br />
sensibel sind. D<strong>ie</strong> Situation ist mit jener in<br />
den heutigen Med<strong>ie</strong>n zu vergleichen. Je<br />
Bild 2. Erwähnungen von Hochwasser im 14. Jahrhundert nach Weikinn. Dabei ist<br />
zu differenz<strong>ie</strong>ren, dass d<strong>ie</strong> hohe Zahl der Hochwasserberichte im Jahr 1342 sowohl<br />
Angaben zum Sommer- w<strong>ie</strong> auch zum Winter-Hochwasser enthalten (Sommer allein:<br />
85) (Quelle: nach [46]).<br />
194 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
extremer ein Ereignis, desto grösser d<strong>ie</strong><br />
Zahl der Berichterstatter, und desto ausführlicher<br />
sind ihre Aufzeichnungen [31].<br />
Bereits aus der Verteilung von historischen<br />
Schriftquellen zum Sommerhochwasser<br />
1342 lassen sich demnach Informationen<br />
über d<strong>ie</strong> mögliche Intensität herauslesen<br />
[46]. Aufgrund der Anzahl von Berichten<br />
und der Anzahl diverser Chronisten aus<br />
versch<strong>ie</strong>denen Teilen Deutschlands lässt<br />
sich der Grad der flächenhaften Ausdehnung<br />
bestimmen. Das Ergebnis ist eindeutig:<br />
Berücksichtigt man sämtliche Erwähnungen,<br />
d.h. neben den zeitgenössischen<br />
auch nicht-zeitgenössische, also später<br />
entstandene Berichte, so stechen d<strong>ie</strong><br />
Hochwasser-Erwähnungen aus dem Jahr<br />
1342 klar heraus (w<strong>ie</strong> auch das Hochwasserjahr<br />
1374, auf das h<strong>ie</strong>r nicht näher eingegangen<br />
wird) (Bild 2).<br />
Es lässt sich erkennen: Allein schon<br />
d<strong>ie</strong> Information über eine aussergewöhnlich<br />
hohe Anzahl an Berichten zum Sommerhochwasser<br />
von 1342 – 85 Beschreibungen<br />
– lässt den Schluss zu, dass sich<br />
zu d<strong>ie</strong>sem Zeitpunkt ein für das Mittelalter<br />
aussergewöhnlich beeindruckendes<br />
Hochwasser ereignet haben muss [31].<br />
Bild 3. «Im Jahre des Herrn 1342 am<br />
24. Juli ge schah eine <strong>Flu</strong>t von Weser<br />
und Fulda und d<strong>ie</strong> so grosse Höhe des<br />
Wassers berührte d<strong>ie</strong> untere Kante<br />
d<strong>ie</strong>ses Quadersteins [10].» Inschrift am<br />
südöstlichen Chorpfeiler von St. Blasius<br />
in Hannoversch Münden, am Zusammenfluss<br />
von Werra und Fulda zur Weser,<br />
(Quelle: Wissenschaftliche Buchgesellschaft,<br />
gedruckt in [5]).<br />
Bild 4. «Am 21. Juli 1342 st<strong>ie</strong>g der Main in wenigen Stunden gewaltig an. D<strong>ie</strong> Mainbrücke<br />
mit ihren Türmen, d<strong>ie</strong> Mauern und v<strong>ie</strong>le steinerne Häuser der Stadt stürzten<br />
zusammen. Am Domportal erreichte das Wasser d<strong>ie</strong> steinernen Statuen, oberhalb<br />
der Stufen». Bauinschrift vom Hof zum Grossen Löwen (Mainfränkisches Museum in<br />
Würzburg), (Quelle: Wissenschaftliche Buchgesellschaft, gedruckt in [5]).<br />
Möglichkeiten der Rekonstruktion von<br />
Pegel und Abflüssen<br />
Zur Bestimmung der Abflussmengen extremer<br />
Hochwasser sollten Angaben über<br />
historische Hochwasser genutzt werden<br />
[37].<br />
Bereits manche Chronisten versuchten,<br />
d<strong>ie</strong> Grössenordnung des Extremereignisses<br />
von 1342 quantitativ zu fassen.<br />
Wo d<strong>ie</strong> Verhältnisse dafür geeignet<br />
waren, bezogen s<strong>ie</strong> sich zum Beisp<strong>ie</strong>l bei<br />
der Umschreibung des beobachteten maximalen<br />
Wasserstandes auf Merkpunkte<br />
w<strong>ie</strong> steinerne Brücken, Mauern und Plätze<br />
(Bilder 3, 4, 5). Solche Hinweise d<strong>ie</strong>nen<br />
heute dazu, den Hochwasserstand (Pegel)<br />
und dadurch den Abfluss und d<strong>ie</strong> N<strong>ie</strong>derschlagsverhältnisse<br />
nachträglich abzuschätzen<br />
[36].<br />
Unabdingbar dabei ist d<strong>ie</strong> Betrachtung<br />
des gesamten N<strong>ie</strong>derschlags-Abfluss-Geschehens<br />
[41]. Der damalige<br />
Charakter der Einzugsgeb<strong>ie</strong>te und des<br />
Gewässersystems ist in d<strong>ie</strong> Untersuchung<br />
einzubez<strong>ie</strong>hen, Landschaftsveränderungen<br />
zu berücksichtigen [37].<br />
2.4 Analyse der Geoarchive<br />
D<strong>ie</strong> Qualität von Geoarchiven<br />
Neben anthropogenen Archiven mit Beschreibungen<br />
von Chronisten l<strong>ie</strong>fern Geoarchive<br />
als Zeugen der Natur insbesondere<br />
in terrestrischen Sedimenten wertvolle<br />
Hinweise auf d<strong>ie</strong> Ereignisse des Sommers<br />
1342. D<strong>ie</strong> Geoarchive erweisen sich im<br />
wahrsten Sinne des Wortes als Fundgrube<br />
und beinhalten Ablagerungen von<br />
Sedimenten am Fusse von Hängen und in<br />
Seen, sow<strong>ie</strong> Böden, archäologische Strukturen<br />
und Funde (Artefakte). S<strong>ie</strong> gestatten<br />
direkte Interpretationen der Zustände und<br />
indirekte Schlüsse über räumliche und<br />
zeitliche Veränderungen der früheren Umwelt<br />
[5].<br />
D<strong>ie</strong> untersuchten Sedimente sind<br />
Ablagerungen aus dem Holozän (Kolluv<strong>ie</strong>n,<br />
Auen- und Seesedimente). Prozesse<br />
der Bodenerosion umfassen Abtragung,<br />
Transport sow<strong>ie</strong> Ablagerung von Bodenpartikeln.<br />
Erod<strong>ie</strong>rt werden Bodenpartikel<br />
u.a. durch Wasser, und es entstehen (neue)<br />
Sedimente: Schwemm fächersedimente<br />
unterhalb von Schluchten, Kolluviuen auf<br />
Unterhängen, Auensedimente in Auen<br />
und Seesedimente. Sedimente können<br />
zahlreich Informationen zum Einzugsgeb<strong>ie</strong>t<br />
des <strong>Flu</strong>sses oder Sees enthalten. D<strong>ie</strong><br />
Sedimente sind oft komplex ineinander<br />
verschachtelte, übereinander begrabene<br />
Bodenoberflächen [5].<br />
Der Boden wird zum Sprechen gebracht<br />
D<strong>ie</strong> in Ablagerungen von verlagertem Bodenmaterial<br />
eingebetteten Fundmaterial<strong>ie</strong>n<br />
(Keramik, Holz, Holzkohle und Mineralkörner)<br />
ermöglichen eine archäologische<br />
oder physikalische Dat<strong>ie</strong>rung der<br />
Sedimente [4]. Mit der Zusammenführung<br />
sämtlicher Da ten erreicht man für d<strong>ie</strong> untersuchten<br />
Einzugsgeb<strong>ie</strong>te eine detaill<strong>ie</strong>rte<br />
räumliche und zeitliche Rekonstruktion der<br />
Rel<strong>ie</strong>f-, Boden- und Landnutzungsentwicklung<br />
während des Holozäns [8].<br />
Erkenntnisse zu den Geschehnissen<br />
im Sommer 1342 stammen aus insgesamt<br />
mehr als 30 000 m langen Aufschlüs-<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 195
Bild 5. Hochwassermarke von 1342 am Eisernen Steg in Frankfurt am Main (Quelle: Eveline Zbinden, 16.4.2008).<br />
Bild 6. Auszüge aus historischen Schriftquellen (Quellle: nach [46]).<br />
sen und 2000 durchschnittlich mehr als<br />
3 m t<strong>ie</strong>fen Bohrprofilen. D<strong>ie</strong> untersuchten<br />
Aufschlüsse und Profile belegen eindrucksvoll<br />
d<strong>ie</strong> Dramatik der verheerenden <strong>Flu</strong>t.<br />
3. Das Hochwasser und seine<br />
unmittelbaren Folgen<br />
3.1 Ablauf und Zerstörungen<br />
D<strong>ie</strong> <strong>Flu</strong>t am Maria-Magdalenen-Tag<br />
Zu einem ersten Hochwasser im Jahr 1342<br />
kam es im Februar. Der Winter 1341/42<br />
war kurz aber mit strengem Frost und<br />
v<strong>ie</strong>l Schnee begleitet gewesen. Südliche<br />
Winde und anhaltende Regen r<strong>ie</strong>fen dann<br />
eine plötzliche Schneeschmelze hervor,<br />
was zu Hochwasser an der Moldau und<br />
der Elbe führte. D<strong>ie</strong>sem ersten Hochwasser<br />
des Jahres 1342 mit seinen Wasser-<br />
und Eismassen konnte d<strong>ie</strong> steinerne Juditinbrücke<br />
(Vorgängerbau der heutigen<br />
Karlsbrücke) in Prag nicht standhalten und<br />
wurde vollständig zerstört [6]. Um den Tag<br />
der heiligen Maria Magdalena, dem 22.<br />
Juli, herum, lösten intensivste Regenfälle<br />
dann eine zweite <strong>Flu</strong>t aus, d<strong>ie</strong> in den meisten<br />
mitteleuropäischen <strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong>ten ein<br />
ungeheuerliches Schadensbild hinterl<strong>ie</strong>ss<br />
[15]. Der Inhalt der zeitgenössischen Beschreibungen<br />
in Schriftquellen l<strong>ie</strong>fert ein<br />
kaum vorstellbares Schadensbild (Bild 6).<br />
Von Ost- und Mittelfranken aus erreichte<br />
d<strong>ie</strong> <strong>Flu</strong>t via Würzburg und Frankfurt<br />
a.M. schl<strong>ie</strong>sslich d<strong>ie</strong> N<strong>ie</strong>derlande. Auch<br />
Thüringen und Sachsen bekamen d<strong>ie</strong> direkten<br />
Folgen des Katastrophenregens<br />
zu spüren. Das result<strong>ie</strong>rende Hochwasser<br />
erreichte d<strong>ie</strong> Elbe bei Meissen und d<strong>ie</strong> un-<br />
196 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Bild 7. Mitteleuropäische Ortschaften, d<strong>ie</strong> im Zusammenhang mit dem Hochwasser<br />
von 1342 in historischen Schriftquellen erwähnt werden (Quelle: nach [46]).<br />
tere Werra sow<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong> Weser. D<strong>ie</strong> Schäden,<br />
welche d<strong>ie</strong> <strong>Flu</strong>t vom 19. bis 24. Juli verursachte,<br />
waren gewaltig. Das Hochwasser<br />
riss entlang des Rheins (unterhalb Neckarmündung),<br />
des Mains, der Werra, Fulda,<br />
Weser, Elbe, Mosel, Lahn und ihrer Nebenflüsse<br />
sämtliche Stein- und Holzbrücken<br />
mit sich, darunter jene von Regensburg,<br />
Bamberg, Würzburg, Frankfurt am Main,<br />
Dresden, Erfurt und Limburg an der Lahn.<br />
Das Wasser überflutete auch d<strong>ie</strong> Innenstädte<br />
mit ihren Marktplätzen, Kirchen<br />
und Rathäusern. Stadtmauern und Wohnhäuser<br />
stürzten ein. Das an Flüssen anges<strong>ie</strong>delte<br />
Gewerbe, w<strong>ie</strong> Mühlen, Wäschere<strong>ie</strong>n,<br />
Fischere<strong>ie</strong>n und Schifffahrt, wurden<br />
vernichtet. Auch weite Landstriche und<br />
Dörfer standen unter Wasser. An Äckern,<br />
Gärten, V<strong>ie</strong>hweiden, W<strong>ie</strong>sen und Wegen<br />
entstand unermesslicher Schaden. Das<br />
V<strong>ie</strong>h starb in den <strong>Flu</strong>ten oder verhungerte<br />
auf den Weiden. Das Korn verfaulte auf den<br />
verschlämmten Äckern, d<strong>ie</strong> Ernte wurde<br />
vollständig vernichtet. Es kam zudem<br />
zu Trinkwasserknappheit wegen verschmutzter<br />
Brunnen. Es ist anzunehmen,<br />
dass zehntausende Menschen in den <strong>Flu</strong>ten<br />
ihr Leben verloren [3], [5], [7], [9], [10],<br />
[13], [14], [37].<br />
Zerstörungen überregionalen Ausmasses<br />
D<strong>ie</strong> zahlreichen Erwähnungen von simultanen<br />
Überschwemmungen in den Einzugsgeb<strong>ie</strong>ten<br />
v<strong>ie</strong>ler mitteleuropäischen<br />
Flüsse belegen, dass d<strong>ie</strong> Starkn<strong>ie</strong>derschläge<br />
nicht lokal, sondern grossräumig<br />
waren [3]. D<strong>ie</strong> Karte Mitteleuropas (Bild 7)<br />
verdeutlicht d<strong>ie</strong> grossräumige Verteilung<br />
der schriftlichen Erwähnungen von betrof-<br />
fenen Ortschaften an Flüssen und Küsten.<br />
Das gesamte heutige Deutschland (ausser<br />
das Einzugsgeb<strong>ie</strong>t der Oder) wurde<br />
von Hochwasser erfasst [37]. Auch für d<strong>ie</strong><br />
Lombardei, Kärnten, d<strong>ie</strong> N<strong>ie</strong>derlande und<br />
Frankreich l<strong>ie</strong>gen Meldungen von Überflutungen<br />
vor [10], [25]. D<strong>ie</strong> Häufung der<br />
Berichte im Maingeb<strong>ie</strong>t zeigt jedoch, dass<br />
dort das Zentrum der Hochwasserkatastrophe<br />
lag.<br />
D<strong>ie</strong> für das 14. Jh. ausserordentlich<br />
hohe Anzahl von Schriftquellen d<strong>ie</strong> über<br />
das Sommerhochwasser 1342 berichten<br />
und ihre überregionale Streuung, d<strong>ie</strong>nt als<br />
aussagekräftiges Indiz für ein katastrophales<br />
Ausmass d<strong>ie</strong>ser Überschwemmung.<br />
Aussergewöhnliche Wasserstände<br />
In Frankfurt stand das Wasser des Mains<br />
bis in d<strong>ie</strong> Bartholomäus-Kirche [13], in<br />
Nürnberg bis zum Rathaus [37]. Obwohl<br />
es in Limburg an der Lahn nicht v<strong>ie</strong>l geregnet<br />
hatte, konnte man mit Booten durch<br />
d<strong>ie</strong> Stadt fahren. D<strong>ie</strong> Fulda in Kassel überschwemmte<br />
d<strong>ie</strong> alte und d<strong>ie</strong> neue (untere)<br />
Stadt auf vorher n<strong>ie</strong> erlebte Weise,<br />
das Wasser stand bis zum Hochaltar der<br />
Neustadt-Kirche. In Minden erreichte d<strong>ie</strong><br />
Weser einen so hohen Wasserstand, dass<br />
d<strong>ie</strong> Stadttore durchflossen wurden [37].<br />
Rekonstru<strong>ie</strong>rte Pegel<br />
Ergebnisse der Rekonstruktion zeigen,<br />
dass das Hochwasser 1342 an manchen<br />
Flüssen (z.B. Main, Lahn) zu den höchsten<br />
bisher bekannten Wasserständen geführt<br />
hat [37].<br />
In Würzburg z.B. erreichte der Pegel<br />
des Mains d<strong>ie</strong> Höhe von bis zu 1030 cm<br />
über dem Pegelnullpunkt [40] (Bild 8).<br />
Sensitivitätsüberlegungen zeigen,<br />
dass d<strong>ie</strong> natürliche Variationsbreite aber<br />
noch nicht ausgeschöpft ist [41]. «Daraus<br />
z<strong>ie</strong>hen Tetzlaff et al., d<strong>ie</strong> schwerw<strong>ie</strong>gende<br />
Schlussfolgerung, «dass – ungeachtet der<br />
hohen W<strong>ie</strong>derkehrzeit von rechnerisch<br />
10 000 Jahren – mit noch höheren Wasserständen<br />
zu rechnen ist, als für 1342 beobachtet<br />
wurde. Aufgabe weiterer Untersuchungen<br />
muss es sein, d<strong>ie</strong>se Grenzen<br />
weiter zu quantifiz<strong>ie</strong>ren» [41].<br />
Rekonstru<strong>ie</strong>rte Abflüsse<br />
Für d<strong>ie</strong> Elbe exist<strong>ie</strong>rt über d<strong>ie</strong> letzten 1000<br />
Jahre eine Hochwasserchronolog<strong>ie</strong>, d<strong>ie</strong><br />
das 1342-Hochwasser zu den grössten<br />
Sommer-Hochwassern zählt [27].<br />
Nach groben Schätzungen übertrafen<br />
d<strong>ie</strong> im Juli 1342 an Rhein, Weser, Elbe<br />
und Donau abfl<strong>ie</strong>ssenden Wassermengen<br />
d<strong>ie</strong>jenigen der grossen <strong>Flu</strong>ten des 20. und<br />
frühen 21. Jh. um das Mehrfache [5].<br />
Für genauere Vergleiche zwischen<br />
historischen Hochwasser eignen sich vor-<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 197
Bild 8. Pegel historischer Hochwasser, Jährlichkeiten und geschätzte Abflüsse des<br />
Mains in Würzburg. D<strong>ie</strong> Jährlichkeiten gelten für den Main von Bamberg bis zur Saalemündung<br />
in Gemünden (Quelle: nach [39], [40], [45], [48]).<br />
w<strong>ie</strong>gend Abflussmessungen pro Zeiteinheit,<br />
weniger Pegelangaben allein. Unter<br />
der Voraussetzung der Vergleichbarkeit<br />
der Frankfurter Pegel werden in einem<br />
Rekonstruktionsversuch d<strong>ie</strong> Scheitelabflusswerte<br />
des Mains auf ca. 3500 m 3 /s<br />
geschätzt (Bild 8. Das Hochwasserereignis<br />
dauerte vermutlich bis zu v<strong>ie</strong>r Wochen<br />
mit mittleren Abflusswerten von 1600 m 3 /<br />
s. D<strong>ie</strong>se Resultate entsprechen rechnerisch<br />
etwa einem Ereignis mit der W<strong>ie</strong>derkehrperiode<br />
von sogar 10 000 Jahren. D<strong>ie</strong><br />
Ermittlung d<strong>ie</strong>ser Jährlichkeit des Hochwasserabflusses<br />
beruht auf der Voraussetzung,<br />
dass es sich bei der statistischen<br />
Verteilungsform der Abflussmaxima um<br />
eine Gumbelverteilung handelt und dass<br />
d<strong>ie</strong> Verteilungsform und -parameter über<br />
d<strong>ie</strong> Zeit stationär gebl<strong>ie</strong>ben sind [41].<br />
Andere Untersuchungen schätzen<br />
d<strong>ie</strong> maximale Abflussrate des Mains<br />
beim Frankfurter Osthafen sogar auf ca.<br />
4000 m 3 /s, was einer maximalen Abflussspende<br />
des Mains von etwa 160 l/s km 2<br />
entsprechen würde. Wenn man während<br />
des wahrscheinlich ungefähr fünftägigen<br />
N<strong>ie</strong>derschlags- und Hochwasserereignisses<br />
von einer mittleren Abflussspende<br />
des Mains von etwa 80 l/s km 2 ausgeht,<br />
so trug dabei jeder Quadratmeter des Ein-<br />
zugsgeb<strong>ie</strong>tes durchschnittlich etwa 35 l<br />
Wasser zum Abfluss in Frankfurt bei [4].<br />
Grenzen der Rekonstruktionsmöglichkeiten<br />
Grundsätzlich kommen d<strong>ie</strong> Verfahren<br />
von Abfluss- und Wahrscheinlichkeitsabschätzungen<br />
via Höhenvergleiche von<br />
Pegeln der Forderung nach quantifiz<strong>ie</strong>rbaren<br />
Daten entgegen, wobei der stark<br />
hypothetische Charakter derartiger Bewertungen<br />
hervorgehoben werden muss<br />
[13]. Alle Komponenten des Systems sind<br />
mit einem mehr oder weniger grossen Fehler<br />
behaftet [41]. Aufzeichnungen über historische<br />
Hochwasser lassen sich oft nicht<br />
einfach in Abflussmengen (m 3 /s) umrechnen,<br />
sondern lediglich dazu zu nutzen,<br />
Extremereignisse approximativ einzustufen<br />
[31]. Vergleiche früherer Ereignisse<br />
mit denen der letzten 100 bis 150 Jahre<br />
sind schw<strong>ie</strong>rig. Zwar gibt es Hinweise auf<br />
frühere Pegelstände in Form von Hochwassermarken,<br />
doch d<strong>ie</strong> Gewässer und<br />
d<strong>ie</strong> Landschaft sind während der letzten<br />
Jahrhunderte stark verändert worden (z.B.<br />
durch ingen<strong>ie</strong>urtechnische Umgestaltung<br />
der Flüsse) [37]. Laut einer Stud<strong>ie</strong> ist der<br />
«Vergleich früher gegen heute» ein Vergleich<br />
«Bericht gegen Messung», er lässt<br />
sich exakt nicht führen. Dennoch ist er<br />
nicht ohne Aussagekraft [37]. Doch trotz<br />
aller Unsicherheiten spricht v<strong>ie</strong>les dafür,<br />
dass es in den letzten 1000 Jahren grössere<br />
Hochwasser gegeben hat als d<strong>ie</strong> seit<br />
Messbeginn nachgew<strong>ie</strong>senen [37]. Zeitgenössische<br />
Schriftquellen und Hochwassermarken<br />
deuten auf ausserordentlich<br />
hohe Pegel und Abflüsse hin [5]. Im Vergleich<br />
dazu erscheinen d<strong>ie</strong> beiden relativ<br />
aktuellen Hochwasser von 1997 und 2002<br />
sogar nur als Mini-Hochwasser. D<strong>ie</strong> Qualität<br />
der heutigen Hochwasserabschätzung<br />
ist abhängig von der Aussagekraft der<br />
Daten [13]. Aufwändige Rekonstruktionen<br />
d<strong>ie</strong>ser komplexen und sich wechselseitig<br />
beeinflussenden Faktoren, insbesondere<br />
der <strong>Flu</strong>sssysteme mit den Eigenschaften<br />
der damaligen Einzugsgeb<strong>ie</strong>te, sind nötig,<br />
um Vergleiche mit früheren und künftigen<br />
Hochwasser anstellen zu können. S<strong>ie</strong> erfordern<br />
eine Verknüpfung von diversen<br />
Methoden und bleiben zum jetzigen Zeitpunkt<br />
unvollständig [12].<br />
3.2 Katastrophale Bodenerosion<br />
Bodenabtrag und Rel<strong>ie</strong>fveränderungen<br />
Das Hochwasser von 1342 hatte bis heute<br />
festzustellende Umformungen der Landschaft<br />
zur Folge [10]. In v<strong>ie</strong>len mitteleuropäischen<br />
Landschaften enthalten Geoarchive<br />
Überreste einer Erosionskatastro-<br />
198 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Bild 9. Profilausschnitt, anhand dessen mittels bodenkundlichsedimentologischer<br />
Analysen d<strong>ie</strong> Bodenentwicklungsdynamik<br />
für d<strong>ie</strong> letzten 10 000 Jahre entschlüsselt werden kann. D<strong>ie</strong><br />
Mächtigkeit des 1342er-Ereignisses ist deutlich sichtbar (Quelle:<br />
verändert nach [9]).<br />
phe. Detaill<strong>ie</strong>rte Sedimentanalysen weisen<br />
eindeutig auf Bodenerosion auslösende<br />
Starkn<strong>ie</strong>derschläge hin. Wahrscheinlich<br />
löste nur ein einzelner – oder zwei wenige<br />
Jahre auseinander l<strong>ie</strong>gende – Starkregen<br />
d<strong>ie</strong> beschr<strong>ie</strong>bene Entwicklung aus [4].<br />
Ein damals extrem starker Oberflächenabfluss<br />
ist heute durch zahlreiche<br />
morphologische Befunde (Bild 9) nachgew<strong>ie</strong>sen.<br />
D<strong>ie</strong> flächenhafte w<strong>ie</strong> auch lin<strong>ie</strong>nhafte<br />
Bodenerosion erreichte katastrophales<br />
Ausmass und veränderte grossräumig<br />
Landschaften [3].<br />
Lin<strong>ie</strong>nhafte Erosion (Schluchten, Kerben)<br />
Besonders auf geneigten Standorten,<br />
denen eine schützende Vegetation fehlte,<br />
vermochte der Starkn<strong>ie</strong>derschlag grav<strong>ie</strong>rende<br />
Erosionsschäden auszulösen. Auf<br />
Hängen mit lockeren Substraten bewegten<br />
sich innerhalb weniger Stunden kleine Erosionsstufen<br />
hangaufwärts [5]. Auf v<strong>ie</strong>len<br />
agrarisch genutzten Flächen und selbst<br />
unter Wald kam es zum Schluchtenreissen,<br />
wurden Erosionsrinnen geschaffen,<br />
d<strong>ie</strong> auch heute noch landschaftsbestimmend<br />
sind [3]. Das Hochwasser von 1342<br />
riss mit seinen Wassermassen bis zu 14 m<br />
t<strong>ie</strong>fe Schluchten [13]. D<strong>ie</strong> steilen Kerbenwände<br />
verstürzten unmittelbar nach dem<br />
Kerbenreissen, und weitere schwach erosive<br />
N<strong>ie</strong>derschlagsereignisse führten w<strong>ie</strong>der<br />
zu einer weitgehenden Verfüllung d<strong>ie</strong>ser<br />
Erosionsformen, so dass heute an der<br />
Bodenoberfläche nichts mehr zu erkennen<br />
ist [3].<br />
Flächenhafte Erosion<br />
Auch auf den nicht durch Zerschneidung<br />
zerstörten Äckern war d<strong>ie</strong> Erosion hoch.<br />
D<strong>ie</strong> fruchtbaren geringmächtigen und bis<br />
dahin ackerbaulich genutzten Böden wur-<br />
den zumeist vollständig flächenhaft abgetragen.<br />
Auf intensiv beweideten und daher<br />
vegetationsarmen Ödland- und Brachflächen,<br />
auf Äckern, sow<strong>ie</strong> auf unbefestigten<br />
Wegen trat d<strong>ie</strong> stärkste Abflussbildung<br />
und flächenhafte Bodenerosion auf [5].<br />
D<strong>ie</strong> fruchtbaren Böden der ackerbaulich<br />
genutzten Hänge lagen nach dem Hochwasser<br />
von 1342 auf den Unterhängen und<br />
in den Talauen – oft begraben unter extrem<br />
steinigen oder tonigen, nur extensiv nutzbaren<br />
Schichten mit bis zu 40 cm grossen<br />
Steinen [3]. An den Akkumulationsstandorten<br />
war eine Inversion der Substrate entstanden<br />
[4].<br />
Bestätigung aus Schriftquellen<br />
Schriftquellen aus anthropogenen Archiven<br />
belegen zweifelsfrei d<strong>ie</strong>sen aus den<br />
Geoarchiven ermittelten ungewöhnlich<br />
starken Oberflächenabfluss (Bild 8). D<strong>ie</strong><br />
Beschreibungen, dass fast alle unterirdischen<br />
Wasserquellen hervorbrachen,<br />
das Wasser von den Gipfeln der Berge<br />
hervorsprudelte und G<strong>ie</strong>ssbäche aus der<br />
Erde strömten, bestätigt eindrucksvoll den<br />
auf Bodenprofilanalysen beruhenden Befund<br />
einer exzessiven Bodenerosion und<br />
Zerrunsung (Rillenerosion) in der Mitte des<br />
14. Jh [3].<br />
Historisch einzigartiges Ausmass<br />
D<strong>ie</strong> Veränderung der Landschaft wird üblicherweise<br />
als langsamer, stetiger Vorgang<br />
beschr<strong>ie</strong>ben, der sich in den letzten Jahrzehnten<br />
zunehmend beschleunigte. D<strong>ie</strong>se<br />
Annahme ist nicht grundsätzlich falsch, es<br />
gibt daneben jedoch auch Brüche in der<br />
Landschaftsgeschichte, w<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong> Erosionskatastrophe<br />
im 14. Jh. [42]. D<strong>ie</strong> Katastrophenregen<br />
im Sommer 1342 verursachten<br />
Hochwasser, Oberflächenabfluss und Bo-<br />
Bild 10. Landnutzung mit Wald-Offenland-Verhältnis und das<br />
mittlere Ausmass der Bodenerosion in Deutschland (ohne Alpenraum)<br />
seit dem Frühmittelalter (Quelle: verändert nach [5]) .<br />
denerosion, d<strong>ie</strong> in ihrem Ausmass und in<br />
ihrer Ausdehnung seither nicht annähernd<br />
ein zweites Mal erreicht wurden [3].<br />
Untersuchungen von Bodenprofilen<br />
aus versch<strong>ie</strong>denen Teilen Deutschlands<br />
(Bild 9) haben ergeben, dass auf<br />
d<strong>ie</strong> früh- und hochmittelalterliche Phase<br />
schwacher flächenhafter Bodenerosion<br />
im Spätmittelalter eine Phase markanter<br />
Rel<strong>ie</strong>fveränderung folgte, d<strong>ie</strong> hinsichtlich<br />
der Art und der Intensität von Bodenerosion<br />
in der gesamten historischen Zeit einmalig<br />
ist. Kein Einzelereignis in historischer<br />
Zeit hatte einen derartigen Einfluss auf d<strong>ie</strong><br />
Oberflächengestaltung w<strong>ie</strong> das Hochwasser<br />
von 1342 [4]. Ein grosser Teil der Bodenerosion<br />
der letzten 1500 Jahre wurde<br />
hauptsächlich durch das Extremereignis<br />
von 1342 sow<strong>ie</strong> einer 20 Jahre zuvor stattgefundenen<br />
ausserordentlich nassen Periode<br />
(1313–1316) verursacht [5] (Bilder 8, 9,<br />
10). Eine hohe Zahl an Erosionsstandorten<br />
in Österreich, der nördlichen Schweiz, in<br />
allen deutschen Flächenländern, in Polen<br />
und in der Tschechischen Republik weisen<br />
ähnliche Grössenordnungen des spätmittelalterlichen<br />
Abtrages auf [4].<br />
Ortschaften verloren während d<strong>ie</strong> ses<br />
Starkn<strong>ie</strong>derschlags wohl innerhalb weniger<br />
Stunden einen erheblichen Teil ihres Ackerlandes<br />
[5]. D<strong>ie</strong> <strong>Flu</strong>ten schwemmten so v<strong>ie</strong>l<br />
fruchtbaren Boden fort, w<strong>ie</strong> bei normalen<br />
Wetterbedingungen in einem Zeitraum von<br />
2000 Jahren erod<strong>ie</strong>rt wird [26]. Der Bodenabtrag<br />
in sechs Katastrophenjahren der<br />
zweiten Dekade des 14. Jahrhunderts in<br />
Deutschland wird auf jährlich 1.9 Mrd. t geschätzt.<br />
Im Jahr 1342 allein waren es etwa<br />
13 Mrd. t. Zusammengenommen wurden<br />
von 1313 bis 1348 in Deutschland 34 Mrd. t<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 199
Boden erod<strong>ie</strong>rt. Das entspricht etwa der<br />
Hälfte des gesamten mittelalterlich-neuzeitlichen<br />
Bo denabtrags! Dadurch wurden d<strong>ie</strong><br />
ackerbaulich genutzten, von Bodenerosion<br />
besonders betroffenen Flächen Deutschlands,<br />
von 1310 bis 1350 im Mittel um etwa<br />
25 cm t<strong>ie</strong>fer gelegt [4]. In den Mittelgeb<strong>ie</strong>rgen<br />
verschwanden an v<strong>ie</strong>len Hängen d<strong>ie</strong><br />
geringmächtigen fruchtbaren Böden vollständig.<br />
Seitdem sind dort verbreitet nur<br />
langsam verwitternde Festgesteine expon<strong>ie</strong>rt<br />
[5].<br />
4. Landnutzungsbedingte und<br />
meteorologische Ursachen<br />
4.1 Intensiv<strong>ie</strong>rung der Landnutzung<br />
Rodungen und Bodenverarmung<br />
D<strong>ie</strong> landwirtschaftlichen Nutzflächen hatten<br />
im hohen Mittelalter (Mitte des 13. Jh.)<br />
eine so grosse Ausdehnung besessen, d<strong>ie</strong><br />
weder davor noch danach auch nur annähernd<br />
erreicht wurde [5] (Bild 10). Demzufolge<br />
hatte auch d<strong>ie</strong> Waldfläche eine<br />
ausserordentlich geringe Ausdehnung erreicht.<br />
D<strong>ie</strong> verbl<strong>ie</strong>benen, kaum ein Achtel<br />
Mitteleuropas bedeckenden Waldreste<br />
wurden zur intensiven Waldweide, Streusammlung,<br />
Holz- und Energ<strong>ie</strong>gewinnung<br />
genutzt und unterlagen einer beständigen<br />
Degradation. D<strong>ie</strong> Böden verarmten praktisch<br />
ausnahmslos bis zur ersten Hälfte<br />
des 14. Jh. [3], [5]. D<strong>ie</strong> Rodungen einer<br />
dichten Vegetation und anschl<strong>ie</strong>ssender<br />
Ackerbau ermöglichten d<strong>ie</strong> Exposition<br />
gegenüber N<strong>ie</strong>derschlägen [5].<br />
Veränderung des Wasserhaushaltes<br />
Der Landnutzungswandel in Mitteleuropa<br />
veränderte auch den Wasser- und Feststoffhaushalt.<br />
Wird bei angenommenen<br />
konstanten klimatischen Verhältnissen der<br />
Gesamtabfluss untersucht, verdoppelt der<br />
Nutzungswandel vom 6. bis zum 14. Jh. in<br />
etwa den Gesamtabfluss in Mitteleuropa.<br />
D<strong>ie</strong> Evapotranspiration Mitteleuropas war<br />
in den ausgeräumten Agrarlandschaften<br />
des frühen 14. Jh. – verglichen mit den<br />
Waldlandschaften der Völkerwanderungszeit<br />
– um annähernd 100 km 3 /a geringer,<br />
d<strong>ie</strong> Grundwasserneubildung und<br />
der Geb<strong>ie</strong>tsabfluss um den gleichen Betrag<br />
höher. Höhere Grundwassersp<strong>ie</strong>gel<br />
in den Talauen (um wenige Dezimeter bis<br />
mehrere Meter) und an den Hängen (um<br />
v<strong>ie</strong>le Meter) waren Folgen des veränderten<br />
Geb<strong>ie</strong>tswasserhaushaltes [4].<br />
D<strong>ie</strong> Rhodungen in Mitteleuropa<br />
führten zur Förderung der Abflussbildung<br />
und somit zu stärkeren Hochwasser (Ausnahmen<br />
bilden Hochgebirge und d<strong>ie</strong> in<br />
ihnen entspringenden Flüsse) [5].<br />
4.2 Witterungsklimatische<br />
Ursachen<br />
Wetterlage<br />
D<strong>ie</strong> Rodungen und d<strong>ie</strong> darauf folgende<br />
landwirtschaftliche Nutzung lösten Bodenumlagerungen<br />
aber nicht unmittelbar<br />
aus. D<strong>ie</strong>s war nur im Zusammensp<strong>ie</strong>l mit<br />
einem Extremn<strong>ie</strong>derschlag möglich [3].<br />
Das Jahr 1342 war insgesamt, und zwar<br />
europaweit, kalt und sehr nass. In Süddeutschland,<br />
der Schweiz und Österreich<br />
herrschte noch Anfang April heftige Kälte,<br />
und der Frühling war ebenfalls sehr regnerisch,<br />
so dass der gesättigte Boden d<strong>ie</strong><br />
starken Regenfälle im Sommer nicht mehr<br />
aufnehmen konnte [10], [41]. Im Juli verheerten<br />
dann heftigste, tagelang anhaltende<br />
N<strong>ie</strong>derschläge mit daraus result<strong>ie</strong>renden<br />
Überschwemmungen beinahe aller<br />
deutschen Flüsse das westliche Mitteleuropa<br />
[5].<br />
D<strong>ie</strong> meteorologischen Verhältnisse<br />
im restlichen Europa erinnern an jene während<br />
der beiden grossen Hochwasser von<br />
1997 und 2002 [25]. Es wird davon ausgegangen,<br />
dass es sich beim Ereignis von<br />
1342 auch um eine Grosswetterlage, eine<br />
sogenannte Vb («fünf B»)-Wetterlage gehandelt<br />
haben muss [5], [26].<br />
Typisch für d<strong>ie</strong>se Wetterlage ist d<strong>ie</strong><br />
Entstehung einer Zyklone, d<strong>ie</strong> sich – zumeist<br />
aus einem oberital<strong>ie</strong>nischen T<strong>ie</strong>f<br />
– am östlichen Alpenrand entwickelt und<br />
über Österreich, Ungarn und Polen hinweg<br />
zur Ostsee längs einer als Vb bezeichneten<br />
typischen Zugbahn z<strong>ie</strong>ht. D<strong>ie</strong> von ihr<br />
mitgeführten feuchtwarmen Luftmassen<br />
aus dem Mittelmeer führen beim Aufgleiten<br />
auf d<strong>ie</strong> nördlich und westlich vom T<strong>ie</strong>f<br />
l<strong>ie</strong>gende Kaltluft meist zu sehr erg<strong>ie</strong>bigen,<br />
anhaltenden N<strong>ie</strong>derschlägen und in ihrem<br />
Gefolge zu Sommerhochwasser von z.B.<br />
der Elbe und Oder [28], [44].<br />
Auch weitere Hinweise auf ungewöhnliche<br />
meteorologische Phänomene<br />
in anderem Teilen Europas deuten auf<br />
eine Vb-Wetterlage hin. Während 1342<br />
Mitteleuropa in Regenmassen versank,<br />
herrschte in England eine grosse Trockenheit<br />
[24]. Aus Osteuropa – Österreich,<br />
Tschech<strong>ie</strong>n, Slowakei und Ungarn<br />
– fehlen Hinweise zu Sommerhochwasser.<br />
Dagegen wurden dort in allen anderen<br />
Jahreszeiten auffällig intensive Überschwemmungen<br />
in den Einzugsgeb<strong>ie</strong>ten<br />
der Donau und der Tisza erwähnt. Für den<br />
Sommer können kühle Temperaturen angenommen<br />
werden. Im Frühherbst wird<br />
zudem von ausserordentlicher Kälte mit<br />
starkem Schneefall berichtet, und esgibt<br />
Hinweise, dass es in der Gegend der Nord-<br />
ostslowakei im Sommer zudem zu starken<br />
Winden und einer Dürre gekommen sein<br />
könnte [22]. Zwischen Island und Grönland<br />
wurde wegen vermehrt auftretendem<br />
Meereseises um 1342 schl<strong>ie</strong>sslich d<strong>ie</strong> alte<br />
Segelroute zugunsten eines weiter südlich<br />
verlaufenden Seeweges aufgegeben [24].<br />
Alle d<strong>ie</strong>se gefundenen Hinweise unterstützen<br />
d<strong>ie</strong> Annahme einer ausserordentlichen<br />
Wetterlage – oder einer ganzen Folge markanter<br />
Wetterkonstellationen von Jahresbeginn<br />
bis in den Herbst hinein – d<strong>ie</strong> sich<br />
in ganz Europa auswirkte.<br />
Anzunehmende N<strong>ie</strong>derschlagsmengen<br />
D<strong>ie</strong> Anfänge einer empirischen Meteorolog<strong>ie</strong><br />
können in Deutschland erst auf<br />
Ende des 14. Jh. dat<strong>ie</strong>rt werden [38]. Einige<br />
Schriftquellen weisen jedoch indirekt<br />
auf den zeitlichen Verlauf des Ereignisses<br />
vom Sommer 1342 und damit auch auf<br />
d<strong>ie</strong> Wetterlage hin. D<strong>ie</strong> N<strong>ie</strong>derschläge begannen<br />
im Raum Franken und Thüringen,<br />
und das N<strong>ie</strong>derschlagsgeb<strong>ie</strong>t wanderte<br />
nach Nordwesten. D<strong>ie</strong> zeitgenössischen<br />
Beschreibungen vermitteln ein apokalyptisches<br />
Szenario sintflutartiger und flächenhaft<br />
über Mitteleuropa verbreiteter<br />
N<strong>ie</strong>derschläge [5] (Bild 6).<br />
D<strong>ie</strong> effektiven N<strong>ie</strong>derschläge im<br />
Main-/Tauber-Einzugsgeb<strong>ie</strong>t während<br />
v<strong>ie</strong>r Tagen werden auf 175 mm bilanz<strong>ie</strong>rt,<br />
was einer heutigen durchschnittlichen N<strong>ie</strong>derschlagssumme<br />
von drei Monaten entsprechen<br />
würde [14]. In Frankfurt wurde<br />
d<strong>ie</strong> innerhalb von acht Tagen gefallene<br />
Regenmenge sogar auf d<strong>ie</strong> Hälfte des<br />
heute in d<strong>ie</strong>ser Region üblichen jährlichen<br />
N<strong>ie</strong>derschlags geschätzt [13]. Der Boden<br />
konnte d<strong>ie</strong> immensen Wassermassen nicht<br />
aufnehmen, es kam zu grossflächigen<br />
Oberflächenabfluss und zu Überschwemmungen<br />
[26]. Ein derartiges Ereignis ist<br />
seither nicht w<strong>ie</strong>der aufgetreten [13].<br />
Mögliche Auslöser des Wolkenbruchs<br />
Als Auslöser für einen so aussergewöhnlich<br />
gewaltigen und anhaltenden Wolkenbruch<br />
kommen versch<strong>ie</strong>dene Faktoren in<br />
Frage. Ob ein Vulkanausbruch im Vorjahr,<br />
z.B. der Ausbruch der Hekla [15] oder eines<br />
Vulkans auf den Kanaren [16], für den extremen<br />
Wolkenbruch mitverantwortlich<br />
gewesen sein könnte, oder ob allenfalls<br />
der El Niño einen verstärkenden Einfluss<br />
auf den N<strong>ie</strong>derschlag in Mitteleuropa<br />
hatte, muss noch näher untersucht werden<br />
[25]. Auch ein Einfluss des Menschen<br />
im Mittelalter auf d<strong>ie</strong> Veränderungen der<br />
Wasserhaushaltskomponenten (z.B. geminderte<br />
Evapotranspiration), auf das<br />
regionale Klima und Witterungsextreme<br />
muss noch genauer erforscht und quantifiz<strong>ie</strong>rt<br />
werden [5].<br />
200 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Bei der Betrachtung der klimatischen<br />
Entwicklungen im Mittelalter fällt<br />
auf, dass das Extremereignis des Sommers<br />
1342 in eine Phase mit ausserordentlich<br />
ungünstigen und extremen Witterungsereignissen<br />
fällt [5]. Auf eine Periode<br />
mit günstigem Klima im Hochmittelalter<br />
(«Mittelalterliches Optimum», 10.–13. Jh.)<br />
war eine rasche Umstellung (innerhalb von<br />
nur 20 Jahren) auf eine Phase mit kühlerer<br />
Witterung («Kleine Eiszeit», 14.–18. Jh.)<br />
gefolgt [30], [34]. D<strong>ie</strong> Periode 1342–47 wird<br />
sogar als eine der nassesten und kältesten<br />
innerhalb des letzten Jahrtausends herausgestellt<br />
und gemäss Pfister zu Recht<br />
als d<strong>ie</strong> v<strong>ie</strong>lleicht «härteste ökologische Belastungsprobe<br />
des letzten Jahrtausends»<br />
bezeichnet [29]. Das Hochwasser 1342 bildet<br />
h<strong>ie</strong>rbei den markanten Höhepunkt d<strong>ie</strong>ser<br />
äusserst nasskalten Phase. Ob es jedoch<br />
tatsächlich eine kausale Verbindung<br />
zwischen dem raschen Klimawandel und<br />
dem Auftreten extremster N<strong>ie</strong>derschläge<br />
gab, ist Gegenstand gegenwärtiger Forschung.<br />
4.3 Verkettung von Ursachen<br />
Das Auftreten der <strong>Flu</strong>t 1342 lässt sich als<br />
Folge einer tragischen Verkettung mehrerer<br />
Faktoren erklären: D<strong>ie</strong> meteorologischen<br />
Auswirkungen einer ausserordentlichen<br />
Wetterlage wurden durch d<strong>ie</strong> Beschaffenheit<br />
der Böden verschärft. Zudem erhöhte<br />
d<strong>ie</strong> Entwaldung d<strong>ie</strong> Abflu<strong>ssg</strong>eschwindigkeit<br />
des Wassers [26].<br />
D<strong>ie</strong>ses Zusammentreffen von intensiver<br />
Landnutzung auf zahlreichen<br />
gerodeten Hängen und aussergewöhnlich<br />
extremen N<strong>ie</strong>derschlägen führte<br />
schl<strong>ie</strong>sslich zur stärksten Bodenerosion,<br />
d<strong>ie</strong> ein einzelnes Ereignis während der<br />
vergangenen 1500 Jahre, in einigen Landschaften<br />
während des gesamten Holozäns,<br />
in Mittel europa ausserhalb der Alpen<br />
ausgelöst hatte [5].<br />
5. Auswirkungen auf<br />
Gesellschaft und Landschaft<br />
5.1 W<strong>ie</strong>deraufbau und «mittelalterlicher<br />
Hochwasserschutz»<br />
D<strong>ie</strong> Zerstörungen durch d<strong>ie</strong> <strong>Flu</strong>t machten<br />
für d<strong>ie</strong> Menschen damals versch<strong>ie</strong>dene<br />
Massnahmen notwendig. Es wurde w<strong>ie</strong>der<br />
aufgebaut, was zerstört worden war.<br />
Weil d<strong>ie</strong> Flüsse Sand und Gesch<strong>ie</strong>be mit<br />
sich geführt und auf den überfluteten<br />
Äckern abgelagert hatten (Aufsedimentation),<br />
mussten d<strong>ie</strong> Bauern wochenlang<br />
arbeiten, um d<strong>ie</strong> Äcker w<strong>ie</strong>der nutzbar zu<br />
machen [10].<br />
Zur Deckung der immensen Kos-<br />
ten gewährte z.B. Ludwig der Bayer zum<br />
W<strong>ie</strong>deraufbau der Brücken Brückenzoll<br />
[21]. Auch d<strong>ie</strong> Entstehung von Deichverbänden<br />
am N<strong>ie</strong>derrhein wurden vom<br />
Hochwasser beeinflusst, indem im Folgejahr<br />
z.B. das Deichrecht von Kranenburg<br />
erlassen wurde [37]. Ausserdem wurden<br />
nach dem Hochwasser 1342 <strong>Flu</strong>ssbegradigungen<br />
vorgenommen, so z.B. 1343 d<strong>ie</strong><br />
Verlegung des Donaubettes in einer <strong>Flu</strong>ssschleife<br />
beim Kloster Oberalteich, um d<strong>ie</strong><br />
ständige Hochwasserbedrohung zu bannen<br />
[32], [37].<br />
Jede lokale Obrigkeit war selbst für<br />
d<strong>ie</strong> Finanz<strong>ie</strong>rung und den Bau von Dämmen<br />
oder Uferschutzmauern zuständig. Erst ab<br />
dem 18. Jh. wurden im deutschsprachigen<br />
Raum Hochwasserschutzmassnahmen<br />
im grösseren Stil realis<strong>ie</strong>rt. Im Mittelalter<br />
waren es weniger bauliche als vor allem religiöse<br />
Schutzmassnahmen, w<strong>ie</strong> Gebete,<br />
d<strong>ie</strong> dem Hochwasserschutz d<strong>ie</strong>nten [10].<br />
Als eine Art «Hochwasserschutz des Mittelalters»<br />
wurde z.B. am Magdalenen-Tag<br />
jährlich eine grosse Bittprozession abgehalten,<br />
mit der Absicht, ein weiteres solches<br />
Ereignis abzuwenden [13].<br />
5.2 Agrarkrise und Hungersnöte<br />
von 1343 und 1344<br />
D<strong>ie</strong> Bevölkerungsentwicklung begann im<br />
frühen 14. Jh. zu stagn<strong>ie</strong>ren. Das Bevölkerungswachstum<br />
hatte Mitteleuropa an<br />
d<strong>ie</strong> Schwelle der Tragfähigkeit geführt.<br />
Dann kam d<strong>ie</strong> Hochwasserkatastrophe<br />
von 1342 hinzu. D<strong>ie</strong> vollkommene Beseitigung<br />
des Bodens einschl<strong>ie</strong>sslich der<br />
gesamten Lockersedimentdecke führte<br />
v<strong>ie</strong>lerorts zur Aufgabe der ackerbaulichen<br />
Nutzung [5]. D<strong>ie</strong>se fortschreitende Verarmung<br />
der Böden führte in den folgenden<br />
Jahren zu verminderten Erträgen und dadurch<br />
zu Hungersnöten [3] sow<strong>ie</strong> zu einer<br />
Agrarkrise, d<strong>ie</strong> erst im Laufe des 15. Jh.<br />
überwunden werden konnte [33].<br />
5.3 D<strong>ie</strong> Pest von 1348<br />
Geschwächte Bevölkerung<br />
Es lässt sich eine indirekte Verknüpfung<br />
zwischen dem Hochwasser 1342 und dem<br />
Ausbruch der Pestepidem<strong>ie</strong> vermuten. D<strong>ie</strong><br />
durch das Hochwasser 1342 ausgelöste<br />
Bodenerosion führte in den Folgejahren<br />
zusammen mit anhaltend kühlfeuchter<br />
Witterung zu Mangeljahren mit Missernten<br />
und Hungersnöten [18]. D<strong>ie</strong> europäische<br />
Bevölkerung wurde dadurch körperlich<br />
geschwächt, und d<strong>ie</strong> Krankheitsanfälligkeit<br />
von Menschen und T<strong>ie</strong>ren st<strong>ie</strong>g an<br />
[21], [24], [35]. Möglicherweise sp<strong>ie</strong>lte bei<br />
d<strong>ie</strong>ser Schwächung auch d<strong>ie</strong> vorangegan-<br />
gene europaweite Grosse Hungerkrise<br />
von 1315–22 eine entscheidende Rolle,<br />
denn Hungerstress in der Kindheit bewirkt<br />
lebenslang eine grosse Anfälligkeit für<br />
Krankheiten [2].<br />
Der «Schwarze Tod» in Europa<br />
D<strong>ie</strong>s war d<strong>ie</strong> Situation, in der d<strong>ie</strong> Grosse<br />
Pest Europa erreichte. 1346 brachten<br />
d<strong>ie</strong> Taraten d<strong>ie</strong> Seuche auf d<strong>ie</strong> Krim, von<br />
wo aus s<strong>ie</strong> 1347 mit genuesischen Schiffen<br />
nach Ital<strong>ie</strong>n gelangte. Danach breitete<br />
s<strong>ie</strong> sich auf dem See- und Landweg<br />
nach Frankreich, England, Norwegen und<br />
Deutschland aus [2]. Durch den Bevölkerungsrückgang<br />
von 25–35% [4] zählt d<strong>ie</strong><br />
Pest von 1348–1350, der «Schwarze Tod»,<br />
zu den grössten Katastrophen in der Geschichte<br />
Europas [2]. Durch s<strong>ie</strong> wurden d<strong>ie</strong><br />
Erinnerung an das Hochwasser von 1342<br />
relativ schnell aus dem Bewusstsein der<br />
Menschen verdrängt, und d<strong>ie</strong> langfris tigen<br />
Folgen von den Zeitgenossen und späteren<br />
Chronisten und Historikern nicht mit<br />
dem Hochwasser in Verbindung gebracht<br />
– und auch heute selten berücksichtigt.<br />
Das Hochwasserereignis stand bald im<br />
Schatten des auf den ersten Blick v<strong>ie</strong>l<br />
markanteren Pestereignisses und seines<br />
Schreckens.<br />
Analog<strong>ie</strong> in China<br />
Bei der Untersuchung der Bedingungen<br />
für den Ausbruch der Pest fällt auf, dass<br />
sich bereits einige Jahre zuvor Analoges in<br />
China absp<strong>ie</strong>lte [2]. Im Jahr 1332 ereignete<br />
sich in China eine katastrophale <strong>Flu</strong>t in den<br />
grossen <strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong>ten. Der Gelbe <strong>Flu</strong>ss<br />
war schon in den Jahren davor mehrmals<br />
über d<strong>ie</strong> Ufer getreten und hatte schwere<br />
Hungersnöte zur Folge. Im Jahr nach der<br />
grossen <strong>Flu</strong>t in China brach dort d<strong>ie</strong> Pest<br />
aus [23]. Von der Mongolei breitete s<strong>ie</strong> sich<br />
der Seidenstrasse entlang Richtung Westen<br />
aus [2].<br />
D<strong>ie</strong> Ähnlichkeit der Abläufe in China<br />
mit jenen anschl<strong>ie</strong>ssend in Europa ist verblüffend<br />
und lässt – bei beiden Seuchenzügen<br />
in China w<strong>ie</strong> auch in Europa – d<strong>ie</strong><br />
Vermutung zu, dass eine durch Hunger geschwächte<br />
Bevölkerung eine rasche und<br />
flächenhafte Ausdehnung des Pestbakteriums<br />
begünstigt.<br />
5.4 Wüstungsprozess und Landnutzungsänderungen<br />
Wüstungsprozess und Zunahme des<br />
Waldes<br />
Nach der Rodungsphase vom 11. bis 13. Jh.<br />
kam es zur Wüstungsphase des 14. und<br />
15. Jh. [1] mit dem Verlassen von Ortschaften,<br />
der Aufgabe von Äckern und dem<br />
Vordringen des Waldes [4] (Bild 10). Natur-<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 201
wissenschaftliche Befunde zeigen, dass<br />
nicht eine weit verbreitete Fehls<strong>ie</strong>dlung<br />
auf wenig fruchtbaren Böden, sondern d<strong>ie</strong><br />
vollständige Abtragung von ackerbaulich<br />
gut nutzbaren Lockersedimentdecken infolge<br />
extremer flächenhafter Bodenerosion<br />
das Wüstfallen r<strong>ie</strong>siger Flächen ausgelöst<br />
hat [3]. Äcker, d<strong>ie</strong> ihre fruchtbare Bodendecke<br />
durch Bodenerosion verloren hatten<br />
oder zerschluchtet worden waren, f<strong>ie</strong>len<br />
für Jahrhunderte oder dauerhaft wüst.<br />
Frühere Äcker bewaldeten sich w<strong>ie</strong>der<br />
oder wurden als Dauergrünland genutzt.<br />
Obwohl durch d<strong>ie</strong> W<strong>ie</strong>derbewaldung eine<br />
Humusschicht zu wachsen begann, wird<br />
d<strong>ie</strong> Bildung neuer nutzbarer Böden denoch<br />
noch weitere Jahrhunderte dauern.<br />
D<strong>ie</strong> Schäden von damals wirken somit bis<br />
heute nach [5].<br />
Veränderte Ernährungsgewohnheiten<br />
Im frühen 14. Jh. standen für d<strong>ie</strong> Ernährung<br />
eines Menschen kaum mehr als zwei Hektar<br />
Ackerland zur Verfügung. Der überw<strong>ie</strong>gende<br />
Teil der Bevölkerung musste sich<br />
von Getreideprodukten ernähren. Hohe<br />
Fleischpreise gestatteten nur einer Minderheit<br />
einen ausreichenden Fleischkonsum.<br />
D<strong>ie</strong> Bevölkerung Mitteleuropas nahm<br />
vor allem durch Hungersnöte in Mangeljahren,<br />
durch Fehden und Kr<strong>ie</strong>ge sow<strong>ie</strong><br />
der Pest stark ab. V<strong>ie</strong>le fruchtbare Böden<br />
waren durch das Hochwasser 1342 weggespült<br />
worden, nur wenige übrig gebl<strong>ie</strong>bene<br />
gute und günstig gelegene Böden<br />
wurden intensiv genutzt. Als Folge ging<br />
der Getreideanbau in der zweiten Hälfte<br />
des 14. Jh. stark zurück (Bild 10). Durch<br />
das zunehmende Halten von Rindern und<br />
Mästen von Schweinen im Wald wurde<br />
auch d<strong>ie</strong> Nahrungsmittelproduktion umgestellt<br />
[5], [33]. D<strong>ie</strong> «Zwangsvegetar<strong>ie</strong>r»<br />
der ersten Hälfte des 14.Jh. wurden nach<br />
1350 zu intensiven Fleischessern, und der<br />
Fleischverzehr erreichte bald ein heute<br />
kaum vorstellbares Ausmass [5]. An den<br />
rund 200–220 kirchlich erlaubten «Fleischtagen»<br />
wurde knapp ein Pfund Fleisch täglich<br />
verzehrt, was einem jährlichen Fleischverbrauch<br />
von rund 100 kg pro Kopf entspricht.<br />
Der heutige Fleischkonsum in der<br />
Schweiz beträgt im Vergleich dazu – im<br />
Wesentlichen ohne Fasttage – nur ein Drittel<br />
davon [42].<br />
6. Bedeutung für heute<br />
Das Hochwasser 1342 ist d<strong>ie</strong> grösste bis<br />
heute bekannte Umweltkatastrophe in Mitteleuropa<br />
[37]. Anhand seines sehr grossen<br />
Ausmasses und der überregionalen Verbreitung<br />
lässt es sich als «katastrophales<br />
Hochwasser» typis<strong>ie</strong>ren. Es übertrifft d<strong>ie</strong><br />
uns heute bekannten Extremfälle erheblich<br />
und bildet sozusagen den «hydrologischen<br />
GAU» seit der letzten Eiszeit [31].<br />
Eine Exposition gegenüber einem<br />
so gewaltigen N<strong>ie</strong>derschlagsereignis wäre<br />
auch in der heutigen Welt verheerend und<br />
würde allein in der versicherungstechnischen<br />
Bewältigung grosse Probleme bereiten<br />
[5]. Europaweit werden d<strong>ie</strong> Schäden,<br />
d<strong>ie</strong> z.B. das wesentlich kleinere Sommer-<br />
Hochwasser 2002 verursacht hat, von der<br />
Münchner Rückversicherung auf 13 Mrd.<br />
Euro geschätzt (in Deutschland allein<br />
9.2 Mrd. Euro, was auf eine Belastung von<br />
130 Euro pro Bundesbürger käme) [20].<br />
Bei der Bewertung des Hochwassergeschehens<br />
bleibt zu berücksichtigen,<br />
dass es in Mitteleuropa Phasen gab, in<br />
denen Hochwasser deutlich häufiger als<br />
heute auftraten. Zudem gab es in historischer<br />
Zeit Einzelereignisse, d<strong>ie</strong> schwerer<br />
waren als d<strong>ie</strong> der letzten 200 Jahre, d.h.<br />
derjenigen Periode, auf welche sich d<strong>ie</strong><br />
heutigen Abschätzungen im Hinblick auf<br />
den Hochwasserschutz i.d.R. bez<strong>ie</strong>hen<br />
[13].<br />
Man muss davon ausgehen, dass<br />
eine deutlich höhere natürliche Variabilität<br />
im Auftreten von Klimakatastrophen exist<strong>ie</strong>rt<br />
als d<strong>ie</strong> aktualistische Betrachtung erkennen<br />
lässt [13]. Obwohl der Grad von<br />
Auswirkungen der Klimaänderung auf<br />
das Hochwassergeschehen noch ungewiss<br />
ist, gibt es keinen Grund anzunehmen,<br />
dass sich Wetterkonstellationen der<br />
Vergangenheit heute nicht w<strong>ie</strong>derholen<br />
oder in anderen Regionen Europas in ähnlichem<br />
Ausmass auftreten können. Jedenfalls<br />
müssen wir mit wesentlich grösseren<br />
Hochwasser rechnen als denjenigen, d<strong>ie</strong><br />
seit 1850 aufgetreten und gemessen worden<br />
sind.<br />
Das grösste Katastrophenpotenzial<br />
l<strong>ie</strong>gt oft allein in der Fehleinschätzung von<br />
Desastern. Zu stark l<strong>ie</strong>gt jeweils d<strong>ie</strong> Aufmerksamkeit<br />
auf dem jüngst Erfahrenen,<br />
und zu schnell verl<strong>ie</strong>rt man aus dem Blick,<br />
dass noch Schlimmeres möglich ist.<br />
Dank<br />
Ich danke meinen Eltern sow<strong>ie</strong> meinen Freunden,<br />
insbesondere Janine Marbacher-Markwalder,<br />
Remo Solèr, Jana und Roland Zech,<br />
Martin Grosjean, Adrian Stolz und Christine<br />
Popp-Walser, für ihre wertvollen Inputs. Mein<br />
besonderer Dank gilt David Trudel, der mir bei<br />
meiner Arbeit herzlichst zur Seite stand und<br />
d<strong>ie</strong>se durch manch kostbaren Gedankenaustausch<br />
bereicherte.<br />
Literatur<br />
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[23] Lamb, Hubert Horace (1988). Weather, Climate<br />
and Human Affairs, London/New<br />
York, (S. 60).<br />
[24] Lamb, Hubert Horace (1989). Klima und<br />
Kulturgeschichte. Der Einfluss des Wetters<br />
auf den Gang der Geschichte, Reinbek bei<br />
Hamburg, (S. 93f., 207).<br />
[25] Luterbacher, Jürg (2004). <strong>Flu</strong>tkatastrophen<br />
in Zentraleuropa, in: Bedrohte Museen: Naturkatastrophen<br />
– D<strong>ie</strong>bstahl – Terror. Bodenseesymposium<br />
in Bregenz, 19.–21.05.2003,<br />
Bregenz, (S. 10ff.).<br />
[26] Luterbacher, Jürg (2005). Das verflixte «Genua-T<strong>ie</strong>f»,<br />
in: NZZ vom 25. August 2005, Zürich.<br />
[27] Mudelsee, Manfred; Börngen, Michael; Tetzlaff,<br />
Gerd; Grünewald, Uwe (2003). No up-<br />
ward trends in the occurence of extreme<br />
floods in central Europe, in: Nature, Volume<br />
425, Issue 6954, London, (S. 166–169).<br />
[28] Mudelsee, Manfred; Tetzlaff, Gerd (2006):<br />
Hochwasser und N<strong>ie</strong>derschlag in Deutschland:<br />
D<strong>ie</strong> Notwendigkeit von Langfristbeobachtungen<br />
unter räumlicher Hochauflösung,<br />
7. Deutsche Klimatagung, München,<br />
(S. 1f.).<br />
[29] Pfister, Christian (1985). Veränderungen der<br />
Sommerwitterung im südlichen Mitteleuropa<br />
von 1270–1400 als Auftakt zum Gletscherhochstand<br />
der Neuzeit (Geographica<br />
Helvetica 4), Egg/ZH, (S. 194).<br />
[30] Pfister, Christian (1988). Variations in the<br />
Spring-Summer Climate of Central Europe<br />
from the High Middle Ages to 1850, in:<br />
Long and Short Term Variability of Climate,<br />
hg. von Heinz Wanner, Ulrich S<strong>ie</strong>genthaler<br />
(Lecture Notes in Earth Sc<strong>ie</strong>nces Vol. 16),<br />
Berlin/Heidelberg, (S. 57–82).<br />
[31] Pfister, Christian; Hächler, Stefan (1991).<br />
Überschwemmungskatastrophen im<br />
Schweizer Alpenraum seit dem Spätmittelalter,<br />
in: Historical Climatology in Different<br />
Climatic Zones, hg. von Rüdiger Glaser,<br />
Rory Walsh (Würzburger Geographische<br />
Arbeiten 80, hg. von D. Böhn, H.<br />
Hagedorn, H. Jäger, H.- G. Wagner), Würzburg,<br />
(S.127–148).<br />
[32] Rohr, Christian (2007). Extreme Naturereignisse<br />
im Ostalpenraum, Naturerfahrung<br />
im Spätmittelalter und am Beginn der Neuzeit,<br />
Köln, (S. 364).<br />
[33] Rösener, Werner (1993). D<strong>ie</strong> Bauern in der<br />
europäischen Geschichte, München, (S. 98,<br />
102).<br />
[34] Röthlisberger, Gerhard (1991). Chronik der<br />
Unwetterschäden in der Schweiz (Berichte<br />
der Eidgenössischen Forschungsanstalt für<br />
Wald, Schnee und Landschaft 330), Birmensdorf,<br />
(S. 29).<br />
[35] Sauerländer, Dominik (1991). Das Leben im<br />
Schweizer Mittelland um 1300, in: Alltag in<br />
der Schweiz seit 1300, hg. von Bernhard<br />
Schneider, Zürich, (S. 10–21).<br />
[36] Scherrer, Simon; Frauchiger, Roger; Näf,<br />
Dan<strong>ie</strong>l; Schelble, Gabr<strong>ie</strong>l (2011). Historische<br />
Hochwasser. Weshalb der Blick zurück ein<br />
Fortschritt bei Hochwasserabschätzungen<br />
ist, in: «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» (103. Jahrgang),<br />
Heft 1, Baden, (S. 7–13).<br />
[37] Schmidt, Martin (2000). Hochwasser und<br />
Hochwasserschutz in Deutschland vor<br />
1850. Eine Auswertung alter Quellen und<br />
Karten, München, (S. 25, 178, 220, 245ff.,<br />
273ff., 282, 315, 317).<br />
[38] Schwarz-Zanetti, Gabr<strong>ie</strong>la (1998). Grundzüge<br />
der Klima- und Umweltgeschichte<br />
des Hoch- und Spätmittelalters in Mitteleuropa,<br />
(Diss., Universität Zürich), Zürich,<br />
(S. 41).<br />
[39] Stadt Würzburg (2011a). Das Hochwasser<br />
von 1342, http://wuerzburg.recon-cms.de/<br />
media/www.wuerzburg.de/org/med_<br />
878/1342_A3G.pdf, 23.04.2011.<br />
[40] Stadt Würzburg (2011b). Pegel Würzburg,<br />
http://www.wuerzburg.de/de/umwelt-verkehr/wasserrechtgewaesserschutzwasserwirtschaft/oberflaechengewaesser/<br />
15321.Pegel_Wuerzburg.html, 24.4.2011.<br />
[41] Tetzlaff, Gerd; Börngen, Michael; Mudelsee,<br />
Manfreud; Raabe, Armin (2002). Das Jahrtausendhochwasser<br />
von 1342 am Main aus<br />
meteorologisch-hydrologischer Sicht, in:<br />
Wasser & Boden (54/10), Berlin ,(S. 41–49).<br />
[42] Umbricht, Michael Johannes (2003). Welche<br />
Landschaft wollen wir? Denkmodelle<br />
für d<strong>ie</strong> Landschaft der Zukunft (Diss., ETH<br />
Zürich), Zürich, (S. 210f., 213).<br />
[43] Voss, Martin (2011). Der Mensch lernt vor<br />
allem durch Scheitern, in: NZZ vom 20. März<br />
2011 (Interv<strong>ie</strong>w: Gordana Mijuk), Zürich,<br />
(S. 24).<br />
[44] Warnecke, Günter (1997). Meteorolog<strong>ie</strong> und<br />
Umwelt. Eine Einführung. Berlin/Heidelberg,<br />
(S. 191).<br />
[45] Wasser- und Schifffahrtsdirektion Süd<br />
(1999). 175 Jahre Pegel Würzburg, Daten<br />
und Fakten, Würzburg, (S. 43).<br />
[46] Weikinn, Curt (1958). Quellentexte zur Wit -<br />
terungsgeschichte Europas von der Zeitwende<br />
bis zum Jahre 1850. Zeitwende –<br />
1500, Teil 1, Berlin, (S. 158ff., 197ff., 202ff.).<br />
[47] Wikipedia (2011a). http://upload.wikimedia.<br />
org/wikipedia/commons/7/77/Lahnhochwasser_bei_Limburg.jpg;<br />
24.04.2011<br />
[48] Wikipedia (2011b). Hochwasser in Würzburg,http://de.wikipedia.org/wiki/Hochwasser_in_W%C3%BCrzburg<br />
24.4.2011.<br />
Anschrift der Verfasserin<br />
Eveline Zbinden, dipl. Geographin<br />
Thunstrasse 87, CH-3006 Bern<br />
eveline.zbinden@gmx.ch<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 203
Einbettung von Verfahren zur Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässerbewertung<br />
in ein übergeordnetes<br />
Gewässermanagementkonzept<br />
Vorschläge am Beisp<strong>ie</strong>l des Modulstufenkonzepts<br />
Simone D. Langhans, Peter Reichert<br />
1. Einleitung<br />
Bewertungsverfahren für Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer<br />
sind ein wichtiges Element des <strong>Flu</strong>ssmanagements.<br />
Durch d<strong>ie</strong> Bewertung spezifischer<br />
Indikatoren wird der Zustand sow<strong>ie</strong><br />
d<strong>ie</strong> Dynamik eines <strong>Flu</strong>ssabschnitts ermittelt,<br />
Defizite aufgedeckt und möglicher<br />
Handlungsbedarf abgeleitet. Bewertungen<br />
können Aufschluss geben über d<strong>ie</strong> Veränderung<br />
eines Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässerzustands<br />
vor und nach der Realis<strong>ie</strong>rung einer Massnahme<br />
und ermöglichen es, d<strong>ie</strong> Entwicklung<br />
d<strong>ie</strong>ser Veränderungen zu verfolgen.<br />
In der Schweiz wurde bereits in den 90er-<br />
Jahren das Modulstufenkonzept (MSK) initi<strong>ie</strong>rt,<br />
welches zum Z<strong>ie</strong>l hat, Vollzugshilfen<br />
für d<strong>ie</strong> Überprüfung gesetzlicher Vorgaben<br />
im Gewässerschutz zur Verfügung zu stellen<br />
(Bundi et al., 2000). Seither entwickelt<br />
das Bundesamt für Umwelt BAFU, zusammen<br />
mit der Eawag und kantonalen Fachstellen,<br />
Bewertungsmethoden, d<strong>ie</strong> eine<br />
einheitliche Beurteilung des Zustands der<br />
Schweizer Flüsse ermöglichen. D<strong>ie</strong> Methoden<br />
umfassen hydrologische, morphologische,<br />
chemisch-physikalische, ökotoxikologische<br />
und biologische Elemente der<br />
Gewässerqualität und wurden ursprünglich<br />
für jeweils zwei Stufen ge plant. D<strong>ie</strong><br />
Stufe F ist durch ihren geringen Bearbeitungsaufwand<br />
für eine flächendeckende<br />
Untersuchung geeignet. D<strong>ie</strong> Stufe S soll<br />
eine detaill<strong>ie</strong>rtere und daher aufwändigere<br />
Beurteilung ausgewählter Gewässersysteme<br />
unter Einbezug einer Referenz<br />
ermöglichen sow<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong> Ableitung eines<br />
Massnahmenplans unterstützen (Bild 1).<br />
Bereits publiz<strong>ie</strong>rte MSK-Methoden (sog.<br />
Module) bewerten den «Äusseren Aspekt»<br />
(Binderheim und Göggel, 2007),<br />
d<strong>ie</strong> Ökomorpholog<strong>ie</strong> (Hütte und N<strong>ie</strong>derhauser,<br />
1998), d<strong>ie</strong> Hydrolog<strong>ie</strong> (Pfaundler<br />
et al., 2011), d<strong>ie</strong> Nährstoffe (L<strong>ie</strong>chti, 2010),<br />
d<strong>ie</strong> Fische (Schager und Peter, 2004), d<strong>ie</strong><br />
K<strong>ie</strong>selalgen (Hürlimann und N<strong>ie</strong>derhauser,<br />
2007) und das Makrozoobenthos (Stucki,<br />
2010) auf Stufe F. Für d<strong>ie</strong> Ökomorpholog<strong>ie</strong><br />
l<strong>ie</strong>gt ebenfalls eine Bewertungsmethode<br />
für Stufe S vor (BAFU, 2010), für d<strong>ie</strong> Fische<br />
soll d<strong>ie</strong>se nächstens folgen. Für d<strong>ie</strong> Probenahme<br />
der Makrophyten wurde eine Anleitung<br />
publiz<strong>ie</strong>rt (Känel et al., 2009), Bewertungen<br />
zur Temperatur und Ökotoxikolog<strong>ie</strong><br />
stehen noch in der Konzeptionsphase.<br />
Weitere Informationen zu den einzelnen<br />
MSK-Modulen sow<strong>ie</strong> deren (online) Publikation<br />
gibt es im Internet unter http://www.<br />
modul-stufen-konzept.ch.<br />
D<strong>ie</strong> zahlreich publiz<strong>ie</strong>rten MSK-<br />
Module sow<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong> Akzeptanz derselben<br />
in der Praxis unterstreichen den Erfolg<br />
d<strong>ie</strong>ser Methoden. D<strong>ie</strong> AutorInnen d<strong>ie</strong>ses<br />
Artikels schlagen daher vor, d<strong>ie</strong> MSK-<br />
Module sow<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong> damit erhobenen Umweltdaten<br />
in Zukunft auch als Basis für<br />
Bild 1. Aufbau des MSK mit versch<strong>ie</strong>denen Modulen und Stufen.<br />
ein umfassendes <strong>Flu</strong>ssmanagement zu<br />
nutzen, da durch den expliziten Einbezug<br />
ökologischer Bewertungsverfahren als<br />
zentrales Element noch mehr von d<strong>ie</strong>sen<br />
Verfahren profit<strong>ie</strong>rt werden kann. Um d<strong>ie</strong>s<br />
zu erleichtern, ist es vorteilhaft, d<strong>ie</strong> ökologische<br />
Zustandsbewertung als Wertfunktionen<br />
im Sinn der Entscheidungstheor<strong>ie</strong><br />
zu formul<strong>ie</strong>ren (Reichert et al., 2011). Entscheidungstheor<strong>ie</strong><br />
ist ein Instrument das<br />
eingesetzt wird, um bei komplexen Entscheiden,<br />
welche oft widersprüchliche<br />
Z<strong>ie</strong>le haben, eine optimale Lösung zu finden<br />
(Keeney, 1982, Eisenführ et al., 2010).<br />
S<strong>ie</strong> wird verbreitet bei umweltbezogenen<br />
Entscheidungssituationen, auch in den<br />
Bereichen Gewässermanagement (Jouber<br />
et al., 2003, Linkov et al. 2006) oder <strong>Flu</strong>ssmanagement<br />
(Reichert et al., 2007, Corsair<br />
et al., 2009), angewendet. Durch d<strong>ie</strong> Formul<strong>ie</strong>rung<br />
der ökologischen Bewertung in<br />
204 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Form einer Wertfunktion, kann d<strong>ie</strong>se leicht<br />
in das umfassendes Konzept zur multikriter<strong>ie</strong>llen<br />
Entscheidungsunterstützung im<br />
Wassermanagement (MCWM), welches<br />
im Artikel Reichert et al. (2011) eingeführt<br />
wurde, eingebunden werden. D<strong>ie</strong> aus dem<br />
MCWM result<strong>ie</strong>renden Vorteile sind: i) d<strong>ie</strong><br />
Möglichkeit einer integrativen Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässerbewertung<br />
auf versch<strong>ie</strong>denen Ebenen<br />
bei gleichzeitiger Offenlegung der Einzelbewertungen,<br />
ii) eine daraus abgeleitete<br />
integrative Massnahmenplanung iii) sow<strong>ie</strong><br />
eine unterstützte Entscheidungsfindung<br />
über vorgeschlagene Massnahmen, beisp<strong>ie</strong>lsweise<br />
bei <strong>Flu</strong>ssrevitalis<strong>ie</strong>rungen.<br />
Im Entwurf der MSK-Synthese<br />
(Baumann und Langhans, 2010) wurde<br />
bereits ein Vorschlag zur integrativen grafischen<br />
Darstellung und Beurteilung des<br />
Gewässerzustands gemacht. Im Gegensatz<br />
zu dem von uns vorgeschlagenen<br />
Konzept, werden d<strong>ie</strong> Module mit der<br />
MSK-Synthese jedoch nur part<strong>ie</strong>ll zu einer<br />
abiotischen sow<strong>ie</strong> einer biologischen Bewertung<br />
des Gewässerzustands integr<strong>ie</strong>rt.<br />
D<strong>ie</strong> Einzelwerte der Bewertungen werden<br />
dabei mittels Worst-case-Aggregation<br />
zusammengefasst. Bei einer Worst-case-<br />
Aggregation wird d<strong>ie</strong> schlechteste der<br />
Einzelbewertungen als integrative Bewertung<br />
auf der höheren Stufe übernommen.<br />
Bei Anwendung der Worst-case-Aggregation<br />
kann also nur eine Verbesserung<br />
im Gesamtwert auftreten, falls sich der<br />
schlechteste Einzelwert verbessert. Eine<br />
Qualitätsverbesserung einer der anderen<br />
Einzelwerte wird im Gesamtwert nicht ersichtlich.<br />
Das kann dazu führen, dass relevante<br />
Verbesserungen im Gesamtwert<br />
nicht sichtbar werden, was nicht z<strong>ie</strong>lführend<br />
ist. Schl<strong>ie</strong>sslich gibt es momentan<br />
keine Pläne, w<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong> Resultate aus der MSK-<br />
Synthese in ein integratives <strong>Flu</strong>ssmanagement<br />
eingebettet werden könnten. In dem<br />
von uns vorgeschlagene Konzept werden<br />
Ideen aus der MSK-Synthese übernommen<br />
und, falls eine Worst-case-Aggregation<br />
implement<strong>ie</strong>rt würde, könnten deren<br />
Resultate reproduz<strong>ie</strong>rt werden.<br />
In d<strong>ie</strong>sem Artikel wird am Beisp<strong>ie</strong>l<br />
des MSK erläutert, w<strong>ie</strong> ein konventionelles<br />
ökologisches Bewertungsverfahren angepasst<br />
werden kann, um es im Rahmen<br />
des Konzepts für multikriter<strong>ie</strong>lle Entscheidungsunterstützung<br />
im Wassermanagement<br />
(MCWM, Reichert et al., 2011) zur<br />
Zustandsbewertung und Entscheidungsfindung<br />
zu nutzen. D<strong>ie</strong>ser Artikel konkretis<strong>ie</strong>rt<br />
damit das in Reichert et al. (2011)<br />
skizz<strong>ie</strong>rte Konzept. In Kapitel 2 wird dargestellt,<br />
w<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong> Z<strong>ie</strong>le der einzelnen MSK-<br />
Module in einer Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong> dargestellt<br />
werden könnten. Kapitel 3 erklärt w<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong><br />
Einzelbewertungen aus den MSK-Modulen<br />
in Wertfunktionen umformul<strong>ie</strong>rt werden<br />
können, und in Kapitel 4 wird d<strong>ie</strong> Integration<br />
d<strong>ie</strong>ser Wertfunktionen durch passende<br />
Aggregationstechniken aufgezeigt. Kapitel<br />
5 beschreibt anhand eines konkreten<br />
Beisp<strong>ie</strong>ls w<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong> Erstellung, Verarbeitung<br />
und Visualis<strong>ie</strong>rung der Bewertungen von<br />
einer Software unterstützt werden können.<br />
In Kapitel 6 werden konkrete Ergänzungen<br />
des MSK vorgeschlagen, bevor Kapitel 7<br />
d<strong>ie</strong> wichtigsten Punkte nochmals zusammenfasst.<br />
2. Einbettung der MSK-Module<br />
in eine Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong><br />
Um eine integrative Bewertung mittels<br />
einer Wertfunktion zu erleichtern ist es<br />
empfehlenswert, zuerst d<strong>ie</strong> Z<strong>ie</strong>le aus den<br />
Bild 2. Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong><br />
mit<br />
Oberz<strong>ie</strong>l, v<strong>ie</strong>r<br />
Unterz<strong>ie</strong>len und<br />
zugehörigen Attributen<br />
abgeleitet<br />
aus dem Modul<br />
Ökomorpholog<strong>ie</strong><br />
auf Stufe F. Der<br />
Attributbereich ist<br />
jeweils in runden<br />
Klammern und<br />
d<strong>ie</strong> Messeinheit in<br />
eckigen Klammern<br />
angegeben.<br />
MSK-Modulen in Form einer Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong><br />
darzustellen. Eine Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong> ist eine<br />
Ansammlung von Z<strong>ie</strong>len, welche h<strong>ie</strong>rarchisch<br />
angeordnet sind. Oberz<strong>ie</strong>le sind in<br />
spezifischere und möglichst komplementäre<br />
Unterz<strong>ie</strong>le aufgelöst, d<strong>ie</strong> zusammen<br />
alle wesentlichen Aspekte des Oberz<strong>ie</strong>ls<br />
beinhalten (Eisenführ et al., 2010). Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong>n<br />
werden benutzt, um d<strong>ie</strong> Vollständigkeit<br />
und Komplementarität der<br />
Z<strong>ie</strong>lsetzung eines Projektes, in unserem<br />
Fall d<strong>ie</strong> Bewertung des naturnahen ökologischen<br />
Zustands, besser überprüfen<br />
zu können. Um d<strong>ie</strong> Z<strong>ie</strong>le aus dem MSK in<br />
eine Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong> zusammenzuführen,<br />
werden d<strong>ie</strong> Z<strong>ie</strong>le aus den versch<strong>ie</strong>denen<br />
Modulen separat in Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong>n übersetzt.<br />
In Bild 2 ist exemplarisch d<strong>ie</strong> Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong><br />
für das Modul «Ökomorpholog<strong>ie</strong><br />
Stufe F» dargestellt. D<strong>ie</strong> Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong>n<br />
der versch<strong>ie</strong>denen Module werden dann<br />
zu einer Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong> für den naturnahen<br />
ökologischen Zustand zusammengeführt<br />
(Bild 3).<br />
D<strong>ie</strong> Kombination der Z<strong>ie</strong>le aus den<br />
Modulen in einer Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong> (Bild 3) erfordert,<br />
im Vergleich zum MSK, zusätzliche<br />
Strukturen: um eine integrative Bewertung<br />
zu ermöglichen, werden d<strong>ie</strong> Unterz<strong>ie</strong>le<br />
auf Ebene 4 betreffend «Nährstoffe und<br />
Äusserer Aspekt» in den übergeordneten<br />
Z<strong>ie</strong>len «Naturnahe Nährstoffkonzentrationen»<br />
und «Naturnaher Äusserer Aspekt»<br />
zusammengefasst, wohingegen d<strong>ie</strong>se Unterz<strong>ie</strong>le<br />
in den entsprechenden Modulen<br />
nur separat behandelt werden. Im Gegensatz<br />
zur MSK-Synthese (Baumann und<br />
Langhans, 2010), wo d<strong>ie</strong> Bewertungen der<br />
Ökomorpholog<strong>ie</strong>, Hydrolog<strong>ie</strong> und Nährstoffe<br />
in einen abiotischen Wert aggreg<strong>ie</strong>rt<br />
werden, wird in der h<strong>ie</strong>r vorgeschlagenen<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 205
Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong> ein Zwischenschritt eingeschoben:<br />
D<strong>ie</strong> Ökomorpholog<strong>ie</strong>, Hydrolog<strong>ie</strong><br />
und Temperatur werden im Z<strong>ie</strong>l «Naturnaher<br />
hydromorphologischer Zustand»<br />
zusammengefasst, d<strong>ie</strong> Nährstoffe und d<strong>ie</strong><br />
ökotoxikologisch schädlichen Stoffe im<br />
Z<strong>ie</strong>l «Naturnahe Chem<strong>ie</strong>/Ökotoxikolog<strong>ie</strong>».<br />
Zusätzlich schlagen wir vor, d<strong>ie</strong> beiden<br />
Z<strong>ie</strong>le mit der «Biolog<strong>ie</strong>» und dem «Äusseren<br />
Aspekt» zu einem einzigen Oberz<strong>ie</strong>l «Na-<br />
Bild 3. Vorgeschlagene Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong> für das Oberz<strong>ie</strong>l «Naturnaher ökologischer<br />
Zustand». Strukturen in schwarz wurden direkt aus den MSK-Modulen übernommen,<br />
Strukturen in grau neu hinzugefügt.<br />
Bild 4. Abbildung der MSK-Qualitätsklassen auf d<strong>ie</strong> Wertskala bei A) fünf, B) v<strong>ie</strong>r und C) drei Klassen.<br />
turnaher ökologischer Zustand» zu aggreg<strong>ie</strong>ren.<br />
Um den Erreichungsgrad eines<br />
Z<strong>ie</strong>ls messbar zu machen, werden den<br />
Unterz<strong>ie</strong>len auf der jeweils untersten h<strong>ie</strong>rarchischen<br />
Ebene objektiv messbare<br />
Grössen, d<strong>ie</strong> Attribute zugeordnet (Eisenführ<br />
et al., 2010). Ausprägungen von MSK-<br />
Attributen werden im Feld kontinu<strong>ie</strong>rlich<br />
(bel<strong>ie</strong>biger Wert innerhalb eines Bereichs;<br />
z.B. Messung der organischen Kohlenstoff-Konzentration<br />
(TOC)) oder diskret<br />
(endli-che Zahl von Werten; z.B. keine,<br />
vereinzelte, v<strong>ie</strong>le Feststoffe/Abfälle) bestimmt.<br />
Bild 2 zeigt exemplarisch d<strong>ie</strong> Attribute<br />
des Moduls «Ökomorpholog<strong>ie</strong> F»,<br />
welche für d<strong>ie</strong> Bewertung der jeweiligen<br />
Unterz<strong>ie</strong>le verwendet werden.<br />
3. Darstellung der MSK-Bewertungen<br />
in Wertfunktionen<br />
Zustandsbewertungen werden in der Entscheidungstheor<strong>ie</strong><br />
mittels sogenannten<br />
Wertfunktionen quantifiz<strong>ie</strong>rt. D<strong>ie</strong> Wertfunktion<br />
drückt den Erreichungsgrad eines Z<strong>ie</strong>ls<br />
(z.B. «Naturnaher Uferbereich») als Funktion<br />
der messbaren Attribute des Systems<br />
aus (z.B. «Uferbreite» oder «Uferbeschaffenheit»,<br />
Eisenführ et al., 2010, Reichert<br />
et al., 2011). Eine Wertfunktion kann nur<br />
Werte zwischen 0 (für einen sehr schlechten)<br />
und 1 (für den naturnahen Zustand) annehmen.<br />
Da es wegen der grossen Zahl von<br />
Attributen sehr schw<strong>ie</strong>rig ist, den Wert des<br />
Oberz<strong>ie</strong>ls direkt in Funktion aller Attribute<br />
zu formul<strong>ie</strong>ren, wird d<strong>ie</strong> Wertfunktion gemäss<br />
den Z<strong>ie</strong>len h<strong>ie</strong>rarchisch konstru<strong>ie</strong>rt.<br />
Dabei werden Wertfunktionen pro Unterz<strong>ie</strong>l<br />
der t<strong>ie</strong>fsten h<strong>ie</strong>rarchischen Ebene formul<strong>ie</strong>rt,<br />
welche zur Quantifiz<strong>ie</strong>rung der Erfüllung<br />
der höheren Z<strong>ie</strong>le (und schl<strong>ie</strong>sslich<br />
des Oberz<strong>ie</strong>ls) in weiteren Schritten aggreg<strong>ie</strong>rt<br />
werden (Kapitel 4). Der grosse Vorteil<br />
von Bewertungen mittels Wertfunktionen<br />
ist, dass s<strong>ie</strong> untereinander vergleichbar<br />
sind, auch wenn d<strong>ie</strong> gemessenen Attribute<br />
untersch<strong>ie</strong>dliche Messeinheiten oder Bereiche<br />
haben. Um d<strong>ie</strong>sen Vorteil nutzen zu<br />
können, müssen d<strong>ie</strong> bereits bestehenden<br />
206 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Bewertungen der MSK-Module in Wertfunktionen<br />
dargestellt, d.h. umformul<strong>ie</strong>rt<br />
werden. Je nach Bewertungsart werden<br />
dabei drei Fälle untersch<strong>ie</strong>den: Umformul<strong>ie</strong>rungen<br />
von diskret (Kapitel 3.1), nicht<br />
zwingend diskret (Kapitel 3.2), und kontinu<strong>ie</strong>rlichen<br />
Bewertungen (Kapitel 3.3).<br />
Diskrete Bewertungen bas<strong>ie</strong>ren auf Attributdaten,<br />
welche nur diskret erhoben<br />
werden können. Nicht zwingend diskrete<br />
Bewertungen bas<strong>ie</strong>ren im MSK ebenfalls<br />
auf diskreten Attributdaten, könnten jedoch<br />
auch kontinu<strong>ie</strong>rlich erhoben werden.<br />
Kontinu<strong>ie</strong>rliche Bewertungen bas<strong>ie</strong>ren auf<br />
kontinu<strong>ie</strong>rlich erhobenen Daten. Wo immer<br />
möglich und vom Aufwand her gerechtfertigt,<br />
sind kontinu<strong>ie</strong>rliche Attributdaten vorzuz<strong>ie</strong>hen<br />
(Begründung s<strong>ie</strong>he Kapitel 6). Im<br />
Folgenden wird das Vorgehen bei der Umformul<strong>ie</strong>rung<br />
erläutert.<br />
Für alle drei Fälle muss zuerst defin<strong>ie</strong>rt<br />
werden, w<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong> Qualitätsklassen<br />
aus dem MSK auf d<strong>ie</strong> Wertskala (Bild 4, y-<br />
Achse) abgebildet werden. D<strong>ie</strong>s ist nötig,<br />
da das MSK keine kontinu<strong>ie</strong>rliche Wertskala,<br />
sondern nur diskrete Qualitätsklassen<br />
kennt. Auf der Wertskala entspricht<br />
d<strong>ie</strong> Länge eines Intervalls dem entsprechenden<br />
Wertverlust oder Wertgewinn.<br />
Bei der Bewertung mit fünf Qualitätsklassen<br />
(z.B. Hydrolog<strong>ie</strong>, Bild 4A) werden d<strong>ie</strong><br />
Klassen von uns so gewählt, dass s<strong>ie</strong> je-<br />
weils einem gleich langen Wertintervall<br />
entsprechen. Das ist eine nahel<strong>ie</strong>gende<br />
Interpretation, d<strong>ie</strong> aber im MSK nicht explizit<br />
diskut<strong>ie</strong>rt wird. Bei d<strong>ie</strong>ser Interpretation<br />
entspricht jede Klasse einem Wertintervall<br />
der Länge 0.2 (s<strong>ie</strong>he Reichert et al.,<br />
2011). Im MSK wird ein ausreichend guter<br />
Zustand gemäss Gewässerschutzgesetz<br />
(GSchG) bzw. Gewässerschutzverordnung<br />
(GSchV) einer der obersten beiden Klassen<br />
zugeordnet (grün, blau), während ein ungenügender<br />
Zustand zu einer Bewertung in<br />
einer der unteren drei Klassen führt (gelb,<br />
orange, rot). Auf der Wertskala bedeutet<br />
das, dass der Wert bei einem ausreichend<br />
guten Zustand mindestens 0.6 beträgt.<br />
Beim Modul «Ökomorpholog<strong>ie</strong> F» werden<br />
nur v<strong>ie</strong>r Klassen verwendet (Bild 4B). Da<br />
h<strong>ie</strong>r ebenfalls d<strong>ie</strong> obersten zwei Klassen<br />
zu einem gesetzlich ausreichend guten Zustand<br />
führen, muss der Wert, der d<strong>ie</strong> zweite<br />
von der dritten Klasse trennt, ebenfalls 0.6<br />
sein. Bei einer Zuordnung gleich breiter<br />
Klassen jeweils für den Bereich oberhalb<br />
und unterhalb von 0.6 ergeben sich für<br />
d<strong>ie</strong> besten beiden Klassen eine Breite von<br />
0.2 und für d<strong>ie</strong> beiden schlechten Klassen<br />
eine Breite von 0.3. Analog dazu kommen<br />
d<strong>ie</strong> Grenzen bei drei Zustandsklassen<br />
(Bild 4C), w<strong>ie</strong> s<strong>ie</strong> im Modul «Äusserer Aspekt»<br />
verwendet werden, bei den Werten<br />
0.3 und 0.6 zu l<strong>ie</strong>gen.<br />
Bild 5. Umformul<strong>ie</strong>rung von diskret erhobenen Attributdaten in Werte. Bewertung der<br />
Ausprägungen A) des Attributs Schaum und B) des Attributs Makroindex.<br />
Bild 6. Umformul<strong>ie</strong>rung von nicht zwingend diskreten Bewertungen.<br />
3.1 Umformul<strong>ie</strong>rung von diskreten<br />
Bewertungen<br />
Ansatz: Diskreten Attributen werden diskrete<br />
Werte der Wertfunktion zugew<strong>ie</strong>sen,<br />
d<strong>ie</strong> äquidistant auf das Intervall von 0 bis<br />
1 verteilt werden. D<strong>ie</strong>s gilt nur, wenn keine<br />
Begründung für eine andere Wahl vorl<strong>ie</strong>gt<br />
und/oder d<strong>ie</strong> result<strong>ie</strong>renden Werte mit<br />
den vorgegebenen MSK-Qualitätsklassen<br />
kompatibel sind. Andernfalls werden<br />
Teilbereiche äquidistant eingeteilt.<br />
Beisp<strong>ie</strong>le: Das Attribut «Schaum»<br />
aus dem Modul «Äusserer Aspekt» wird<br />
in drei Ausprägungen (kein, wenig/mittel,<br />
v<strong>ie</strong>l) gemessen. D<strong>ie</strong> beste (kein Schaum)<br />
bzw. schlechteste (v<strong>ie</strong>l Schaum) Ausprägung<br />
erhält d<strong>ie</strong> Werte 1 bzw. 0. Der mittleren<br />
Ausprägung (wenig/mittel) wird der<br />
Wert 0.5 zugew<strong>ie</strong>sen, welcher durch eine<br />
äquidistante Teilung der Werte zwischen<br />
0 und 1 entsteht (Bild 5A). 0.5 l<strong>ie</strong>gt im gelben<br />
Bereich der Wertskala, was mit der<br />
MSK-Qualitätsklasse für d<strong>ie</strong>se Attributausprägung<br />
übereinstimmt. Beim Attribut<br />
Makroindex (MI) aus dem Modul «Entwurf<br />
Makrozoobenthos F» (Frutiger und S<strong>ie</strong>ber,<br />
2005) können d<strong>ie</strong> Werte nicht äquidistant<br />
zwischen 0 und 1 verteilt werden, da sonst<br />
der Wert für d<strong>ie</strong> Attributausprägung MI = 5<br />
in d<strong>ie</strong> falsche Qualitätsklasse zu l<strong>ie</strong>gen<br />
kommt (gelb anstatt orange w<strong>ie</strong> im MSK<br />
vorgegeben). Daher wird h<strong>ie</strong>r der Attributausprägung<br />
MI = 4 der Wert 0.5 zugeordnet,<br />
und d<strong>ie</strong> beiden Teilbereiche (MI 1–4<br />
und 4–8) äquidistant eingeteilt. D<strong>ie</strong>s führt<br />
zu den Werten 1, 0.833, 0.667, 0.5, 0.375,<br />
0.25, 0.125 und 0 für d<strong>ie</strong> Attributausprägungen<br />
des MI von 1–8 (Bild 5B).<br />
3.2 Umformul<strong>ie</strong>rung von nicht zwingend<br />
diskreten Bewertungen<br />
Ansatz: Es wird eine kontinu<strong>ie</strong>rliche (stetige)<br />
Wertfunktion konstru<strong>ie</strong>rt. Da in der<br />
aktuellen Datenbasis nur d<strong>ie</strong> Zugehörigkeit<br />
der erhobenen Attributausprägung<br />
zum Attributbereich bekannt ist (nicht<br />
aber zu einem bestimmten Wert), werden<br />
d<strong>ie</strong> Werte der Attributausprägungen<br />
so konstru<strong>ie</strong>rt, dass s<strong>ie</strong> den Bewertungen<br />
der Mittelpunkte der Attributbereiche<br />
entsprechen. D<strong>ie</strong>s führt dann wegen der<br />
stückweisen Linearität der Wertfunktion zu<br />
Werten in der Mitte der zugehörigen Qualitätsklassen.<br />
D<strong>ie</strong>s wurde so festgelegt,<br />
dass bei einer späteren, kontinu<strong>ie</strong>rlichen<br />
Erhebung kontinu<strong>ie</strong>rliche Bewertungen<br />
result<strong>ie</strong>ren, d<strong>ie</strong> mit den aktuellen Klassen<br />
kompatibel sind.<br />
Beisp<strong>ie</strong>l: D<strong>ie</strong> diskret erhobenen<br />
Daten für das Attribut «Verschlammung»<br />
aus dem Modul «Äusserer Aspekt» könnten<br />
als kontinu<strong>ie</strong>rliche Wertfunktion mit %-<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 207
Tabelle 1. Übersicht der notwendigen Informationen zur Umformul<strong>ie</strong>rung von eindimensionalen<br />
Bewertungen in Wertfunktionen: a) MSK-Bewertung, b) Anpassung<br />
und Ergänzung der MSK-Bewertung, c) Abbildung der MSK-Qualitätsklassen auf der<br />
Wertskala.<br />
Verschlammung der <strong>Flu</strong>sssohlenfläche als<br />
Attributeinheit dargestellt werden (Bild 6A).<br />
Dazu werden drei Attributintervalle angenommen<br />
(0%, × 1%, × 2%, 100%). D<strong>ie</strong>se<br />
werden den drei Wertintervallen gegenübergestellt<br />
(schwarze Punkte). D<strong>ie</strong> kontinu<strong>ie</strong>rliche<br />
Wertfunktion ergibt sich durch<br />
lineare Interpolation d<strong>ie</strong>ser Kombinationen<br />
(durchgezogenen Lin<strong>ie</strong>). D<strong>ie</strong> Werte für d<strong>ie</strong><br />
diskret erhobenen Daten aus dem MSK<br />
(kein, wenig/mittel, v<strong>ie</strong>l) werden so konstru<strong>ie</strong>rt,<br />
dass s<strong>ie</strong> den Mittelpunkten der Attributintervalle<br />
entsprechen (d<strong>ie</strong>s führt zu<br />
den Werten 0.15, 0.45, 0.8; Bild 6B). Um d<strong>ie</strong><br />
Wertfunktion mit kontinu<strong>ie</strong>rlich erhobenen<br />
Attributen verwenden zu können, müssten<br />
noch d<strong>ie</strong> Klassengrenzen × 1% und × 2%<br />
von Experten festgelegt werden.<br />
3.3 Umformul<strong>ie</strong>rung von kontinu<strong>ie</strong>rlichen<br />
Bewertungen<br />
Ansatz: Es wird eine stetige Wertfunktion<br />
konstru<strong>ie</strong>rt. D<strong>ie</strong> Funktion steigt im Attributbereich,<br />
welcher der jeweiligen Qualitätsklasse<br />
zugeordnet ist, linear vom t<strong>ie</strong>fsten<br />
Wert der Klasse zum höchsten an. D<strong>ie</strong>s<br />
führt zu einer Bewertung, d<strong>ie</strong> mit den MSK-<br />
Qualitätsklassen kompatibel ist, aber Zwischenbewertungen<br />
innerhalb der Klassen<br />
feiner auflöst. Im MSK werden ein- und<br />
zweidimensionale kontinu<strong>ie</strong>rliche Bewertungen<br />
verwendet.<br />
Beisp<strong>ie</strong>l einer eindimensionalen<br />
Bewertung: Das Attribut «TOC» wird im<br />
Bild 7. Wertfunktion einer kontinu<strong>ie</strong>rlichen<br />
Bewertung.<br />
Modul «chemisch-physikalische Erhebungen,<br />
Nährstoffe mit fünf Zustandsklassen»<br />
gemäss Tabelle 1a bewertet. Um<br />
eine stetige Wertfunktion zwischen den<br />
Werten 0 und 1 erstellen zu können, müssen<br />
d<strong>ie</strong> Klassengrenzen der TOC-Bewertung<br />
um einen Minimal- und einen Maximalwert<br />
erweitert werden. Als Minimalwert<br />
wählen wir eine realistische, bestmögliche<br />
TOC-Konzentration (0.5 mg/l C), als Maximalwert<br />
eine schlechtestmögliche (15 mg/<br />
l C) (Tab. 1b). D<strong>ie</strong> Einteilung der Qualitätsklassen<br />
auf der Wertskala folgt dem<br />
Schema für fünf Klassen (Tab. 1c). Zur Erstellung<br />
der Wertfunktion werden nun d<strong>ie</strong><br />
erweiterten TOC-Konzentrationen auf der<br />
x-Achse den Werten der Wertskala auf der<br />
y-Achse gegenübergestellt. Dadurch wird<br />
eine stückweise lineare, stetige Wertfunktion<br />
konstru<strong>ie</strong>rt, wobei d<strong>ie</strong> MSK-Klassenzugehörigkeiten<br />
erhalten bleiben (Bild 7).<br />
Beisp<strong>ie</strong>l einer zweidimensionalen<br />
Bewertung: Im Modul «Hydrolog<strong>ie</strong>» werden<br />
neben ein- auch zweidimensionale<br />
Ansätze verwendet, z.B. um das Unterz<strong>ie</strong>l<br />
«Keine wesentlichen Beeinträchtigungen<br />
durch Schwall-Sunk» oder «Keine Hochwasserereignisse<br />
durch Regenwassereinleitungen»<br />
zu bewerten. Dabei hängt d<strong>ie</strong><br />
Bewertung jeweils vom Zusammensp<strong>ie</strong>l<br />
zwe<strong>ie</strong>r Attribute ab. D<strong>ie</strong> Bewertung z.B.<br />
des Schwall-Sunk-Phänomens im MSK<br />
durch das zweidimensionale Klasseneinteilungsdiagramm<br />
in Bild 8A ist weniger<br />
streng, wenn d<strong>ie</strong> Attributausprägung von<br />
«Schwallabfluss/mittlerem jährlichen Abfluss<br />
des Referenzzustands» im unteren<br />
Attributbereich l<strong>ie</strong>gt. Eine solche zweidimensionale<br />
Bewertung mit diskreten<br />
Klassenbereichen wird in eine kontinu<strong>ie</strong>rliche,<br />
zweidimensionale Wertfunktion umformul<strong>ie</strong>rt,<br />
indem für jede Attributausprägung<br />
des Attributs 1 d<strong>ie</strong> Klasseneinteilung<br />
analog zum eindimensionalen Fall durch<br />
eine stückweise lineare Funktion des Attributs<br />
2 ersetzt wird. D<strong>ie</strong>s heisst konkret,<br />
dass beisp<strong>ie</strong>lsweise für d<strong>ie</strong> Ausprägung<br />
von Attribut 1 = 1.75 (Bild 8B) d<strong>ie</strong> jeweiligen<br />
Ausprägungen des Attributs 2 bei<br />
den Schnittstellen mit den Klassengrenzen<br />
abgelesen werden. D<strong>ie</strong> Kombinationen der<br />
Ausprägungen von Attribut 2 mit der jeweiliger<br />
Klassengrenze bilden d<strong>ie</strong> Punkte,<br />
welche d<strong>ie</strong> Wertfunktion bilden (durchgezogene<br />
Lin<strong>ie</strong>; Bild 8C).<br />
3.4 Andere Fälle<br />
Schritt für Schritt werden alle Bewertungen<br />
aus den MSK-Modulen umformul<strong>ie</strong>rt.<br />
Dabei müssen folgende Punkte beachtet<br />
werden:<br />
Modul «Ökomorpholog<strong>ie</strong> F»: D<strong>ie</strong> Ökomorpholog<strong>ie</strong><br />
wird auf Stufe F mit v<strong>ie</strong>r<br />
Klassen gemäss Bild 4B bewertet.<br />
Modul «Hydrolog<strong>ie</strong>»: Zusätzlich zum Z<strong>ie</strong>l<br />
«Keine wesentlichen Beeinträchtigungen<br />
durch Schwall-Sunk» wird das Z<strong>ie</strong>l<br />
«Keine wesentlichen Beeinträchtigungen<br />
durch Spülungen und Entleerungen»<br />
ebenfalls durch eine zweidimensionale<br />
Wertfunktionen abgebildet. Für<br />
das Attribut «Hochwasserereignisse<br />
durch Regenwassereinleitungen» ist<br />
im Modul keine Ausprägung für den<br />
schlechtesten Wert defin<strong>ie</strong>rt und wird<br />
daher aus Rossi (2004) abgeleitet. D<strong>ie</strong><br />
Bewertungen aller neun Unterz<strong>ie</strong>le führen<br />
direkt zu je einer Qualitätsklasse,<br />
welche mit einer Technik, d<strong>ie</strong> additiv<br />
und worst-case kombin<strong>ie</strong>rt (s<strong>ie</strong>he Ka-<br />
Bild 8. Umformul<strong>ie</strong>rung einer zweidimensionalen Bewertung. A) MSK-Bewertung von<br />
Schwall-Sunk, B) Ablesen der Werte, C) Wertfunktion bei einem Wert von 1.75 für Attribut<br />
1. *korrig<strong>ie</strong>rt für d<strong>ie</strong> Einzugsgeb<strong>ie</strong>tsfläche, **korrig<strong>ie</strong>rt für d<strong>ie</strong> Pegeländerungsrate.<br />
208 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
pitel 4), zu einer einzigen Qualitätsklasse<br />
aggreg<strong>ie</strong>rt werden können.<br />
Modul «chemisch-physikalische Erhebungen,<br />
Nährstoffe»: D<strong>ie</strong> Nährstoffe<br />
werden gemäss Kapitel 3.3 mit einer<br />
kontinu<strong>ie</strong>rlichen Skala bewertet, wobei<br />
im Modul keine Angabe zur besten,<br />
bzw. schlechtesten Ausprägung der<br />
Attribute gemacht wird. Der Wert 1 wird<br />
daher für d<strong>ie</strong> optimale Nährstoff-Konzentration<br />
je Attribut und der Wert 0 als<br />
Attributzustand im Abfluss einer nicht<br />
optimal funktion<strong>ie</strong>renden Kläranlage<br />
defin<strong>ie</strong>rt (schlechtest möglicher Zustand<br />
in einem Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer).<br />
Modul «Makrozoobenthos F»: Bis anhin<br />
wurde das Makrozoobenthos in der<br />
Schweiz entweder mit dem französischen<br />
Index IBGN (Cabinet GAY Environnement<br />
2000) oder dem Makroindex<br />
(Frutiger und S<strong>ie</strong>ber, 2005) bewertet.<br />
Das im 2010 ersch<strong>ie</strong>nene Modul<br />
«Makrozoobenthos F» (Stucki, 2010)<br />
empf<strong>ie</strong>hlt nun neu, den Index IBCH zu<br />
verwenden. Das von uns vorgeschlagene<br />
Konzept erlaubt es, IBGN-, Makroindex-<br />
und IBCH-Daten in d<strong>ie</strong> Bewertung<br />
mit einzubez<strong>ie</strong>hen (gemäss<br />
Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong> Bild 3).<br />
Modul «K<strong>ie</strong>selalgen»: D<strong>ie</strong> K<strong>ie</strong>selalgen<br />
werden kontinu<strong>ie</strong>rlich durch einen Index<br />
bewertet.<br />
Modul «Fische F»: Auch im Modul<br />
«Fische F» fehlen z.T. Angaben zu besten<br />
resp. schlechtesten Attributausprägungen.<br />
D<strong>ie</strong>se Lücken werden<br />
durch Expertenschätzungen gefüllt.<br />
Modul «Äusserer Aspekt»: Der «Äussere<br />
Aspekt» verwendet gemäss Bild 4C drei<br />
diskrete Zustandsklassen für d<strong>ie</strong> Bewertung.<br />
Alle neun Unterz<strong>ie</strong>le werden<br />
diskret bewertet, wobei d<strong>ie</strong> Einzelbewertungen<br />
direkt in Zustandsklassen<br />
münden (keine Aggregation). Eine<br />
Umformul<strong>ie</strong>rung der diskreten in kontinu<strong>ie</strong>rliche<br />
Bewertungen wäre, ausser<br />
bei den Unterz<strong>ie</strong>len «Kein Schaum»<br />
und «Kein Geruch» möglich (nicht<br />
zwingend diskrete Bewertungen).<br />
Trotz d<strong>ie</strong>ser offensichtlichen V<strong>ie</strong>lfältigkeit<br />
an modulspezifischen Eigenheiten sind<br />
alle Bewertungen mit unserem Konzept<br />
kompatibel.<br />
4. Integration der Einzelbewertungen<br />
durch Aggregation<br />
Nachdem d<strong>ie</strong> Wertfunktionen der Unterz<strong>ie</strong>le<br />
auf der jeweils untersten Ebene (Attribute)<br />
aus den Bewertungen der MSK-Module<br />
übersetzt sind, können d<strong>ie</strong>se Werte<br />
zur Quantifiz<strong>ie</strong>rung der Erfüllung der Z<strong>ie</strong>le<br />
auf jeder bel<strong>ie</strong>bigen Ebene, bis zum Ge-<br />
samtwert für den naturnahen ökologischen<br />
Zustand, aggreg<strong>ie</strong>rt werden. Werte der<br />
Z<strong>ie</strong>le auf der untersten Ebene sind zum<br />
Beisp<strong>ie</strong>l wichtig für d<strong>ie</strong> Defizitanalyse. Integrale<br />
Qualitätswerte von <strong>Flu</strong>ssabschnitten<br />
können z.B. für d<strong>ie</strong> Prioris<strong>ie</strong>rung von Massnahmen<br />
oder für den Dialog mit Personen<br />
aus der Politik oder aus Interessengruppen<br />
eingesetzt werden.<br />
D<strong>ie</strong> Wahl der Aggregationsfunktion<br />
ist sehr entscheidend, denn s<strong>ie</strong> bestimmt,<br />
zu welchem Grad sich eine schlechte Erfüllung<br />
eines Unterz<strong>ie</strong>ls durch d<strong>ie</strong> gute Erfüllung<br />
eines anderen Unterz<strong>ie</strong>ls kompens<strong>ie</strong>ren<br />
lässt. D<strong>ie</strong> einfachste Aggregation,<br />
d<strong>ie</strong> von einer solchen Kompens<strong>ie</strong>rbarkeit<br />
ausgeht, besteht aus der Bildung eines<br />
gewichteten Mittelwertes (additive Aggregation,<br />
Eisenführ et al., 2010) der Erfüllungsgrade<br />
der Unterz<strong>ie</strong>le, w<strong>ie</strong> s<strong>ie</strong> zum<br />
Beisp<strong>ie</strong>l beim Modul «Fische F» oder der<br />
«Ökomorpholog<strong>ie</strong> F und S» vorkommt.<br />
D<strong>ie</strong> additive Aggregation ist passend,<br />
wenn mit mehreren, ähnlichen Attributen<br />
ein Z<strong>ie</strong>l bewertet werden soll. In d<strong>ie</strong>sem<br />
Fall ist eine gegenseitige Kompensation<br />
untersch<strong>ie</strong>dlicher Ergebnisse sinnvoll, da<br />
durch d<strong>ie</strong> Mittelwertbildung d<strong>ie</strong> Zuverlässigkeit<br />
des Ergebnisses erhöht wird. Messen<br />
Unterz<strong>ie</strong>le hingegen wichtige, komplementäre<br />
Aspekte eines Z<strong>ie</strong>ls, ist eine<br />
solche vollständige Kompens<strong>ie</strong>rbarkeit<br />
unerwünscht. Für d<strong>ie</strong>sen Fall ist d<strong>ie</strong> Worstcase-Aggregation<br />
eine Alternative, welche<br />
dem übergeordneten Z<strong>ie</strong>l d<strong>ie</strong> schlechteste<br />
der Bewertungen der Unterz<strong>ie</strong>le zuweist.<br />
D<strong>ie</strong>se Bewertung findet dort Anwendung,<br />
wo eine schlechte Ausprägung eines bestimmten<br />
Attributs durch keine anderen<br />
Attribute kompens<strong>ie</strong>rt werden darf. Bei<br />
Aggregationen auf höheren Ebenen, um<br />
beisp<strong>ie</strong>lsweise das Oberz<strong>ie</strong>l «Naturnaher<br />
ökologischer Zustand» zu bewerten,<br />
wurden beide Aggregationstechniken in<br />
der Praxis als unrealistisch beurteilt. Einerseits<br />
erlaubt d<strong>ie</strong> additive Aggregation<br />
eine zu weit gehende Kompensation von<br />
Defizitbereichen, andererseits hat d<strong>ie</strong><br />
Worst-case-Aggregation den Nachteil,<br />
dass eine Verbesserung des Zustands nur<br />
dann erreicht werden kann, wenn d<strong>ie</strong> Erfüllung<br />
des Unterz<strong>ie</strong>ls mit der schlechtesten<br />
Bewertung verbessert wird. Wir schlagen<br />
daher vor, für d<strong>ie</strong> Aggregationen auf höheren<br />
Ebenen, auf welchen vermehrt komplementäre<br />
Aspekte aggreg<strong>ie</strong>rt werden,<br />
eine alternative Technik zu verwenden.<br />
Dafür kombin<strong>ie</strong>ren wir d<strong>ie</strong> Cobb-Douglas-<br />
Funktion aus der Micro ökonom<strong>ie</strong> (Cobb<br />
and Douglas, 1928, Varian 2010) mit additiver<br />
und/oder Worst-case-Aggregation<br />
zu einer gemischten Technik. D<strong>ie</strong>se ist so<br />
angelegt, dass eine Zustandsverbesserung<br />
des schlechtest erfüllten Unterz<strong>ie</strong>ls<br />
zu einer maximalen Verbesserung des<br />
aggreg<strong>ie</strong>rten Gesamtwerts führt; wird das<br />
Unterz<strong>ie</strong>l mit dem zweitschlechtesten Erfüllungsgrad<br />
um denselben Betrag verbessert,<br />
ergibt sich eine geringere Verbesserung<br />
des Gesamtwerts; und eine<br />
vergleichbare Verbesserung des am besten<br />
erfüllten Unterz<strong>ie</strong>ls fällt am wenigsten<br />
ins Gewicht. Zudem kann bei d<strong>ie</strong>ser gemischten<br />
Technik frei gewählt werden, w<strong>ie</strong><br />
stark d<strong>ie</strong> versch<strong>ie</strong>denen Komponenten das<br />
Resultat beeinflussen sollen. Erste Diskussionen<br />
mit Experten bestätigten, dass d<strong>ie</strong><br />
gemischte Aggregation ihre Präferenzen<br />
besser abbildet als eine additive oder<br />
Worst-case-Aggregation. Im Rahmen von<br />
zukünftigen Stud<strong>ie</strong>n müssen jedoch versch<strong>ie</strong>dene<br />
Aspekte der gemischten Aggregation<br />
noch genauer untersucht werden.<br />
Bild 5 in Reichert et al., 2011 veranschaulicht<br />
d<strong>ie</strong> Aggregation am Beisp<strong>ie</strong>l von zwei<br />
Attributen. Eine ähnliche Technik wird bereits<br />
im Modul «Hydrolog<strong>ie</strong>» angewendet.<br />
In unserer Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong> (Bild 3)<br />
wurden d<strong>ie</strong> bereits in den MSK-Modulen<br />
festgelegten Aggregationen übernommen.<br />
Will man nun zu einer integrativen<br />
Beurteilung kommen, müssen auch Z<strong>ie</strong>lwerte,<br />
welche im MSK nicht aggreg<strong>ie</strong>rt<br />
wurden, zusammengefasst werden. Für<br />
d<strong>ie</strong> Nährstoffe sow<strong>ie</strong> den Äusseren Aspekt<br />
schlagen wir dafür eine worst-case<br />
Aggregation vor, da d<strong>ie</strong> Qualitätsanforderungen<br />
gemäss GSchV Anhang 2 Ziffer 11<br />
und 12 für d<strong>ie</strong> einzelnen Unterz<strong>ie</strong>le erfüllt<br />
sein müssen. Aus den bereits diskut<strong>ie</strong>rten<br />
Gründen empfehlen wir, für alle neu zu<br />
defin<strong>ie</strong>renden Aggregationen (auf hohen<br />
h<strong>ie</strong>rarchischen Ebenen) d<strong>ie</strong> gemischte<br />
Aggregation zu verwenden. D<strong>ie</strong> Gewichte<br />
in d<strong>ie</strong>sen Aggregationen müssen noch mit<br />
einer entsprechenden Expertengruppe<br />
diskut<strong>ie</strong>rt und festgelegt werden.<br />
5. Anwendungsbeisp<strong>ie</strong>le mit<br />
Softwareunterstützung<br />
Nach der Festlegung der einzelnen Aggregationstechniken<br />
ist das MSK vollständig<br />
umformul<strong>ie</strong>rt. Mit Hilfe der erstellten<br />
Wertfunktionen können nun aus Daten<br />
von gemessenen Attributen Qualitätszustände<br />
auf versch<strong>ie</strong>denen h<strong>ie</strong>rarchischen<br />
Ebenen – von Teilz<strong>ie</strong>len innerhalb der Module,<br />
über d<strong>ie</strong> Modul-Ebene bis zur finalen<br />
Integrationsebene – berechnet werden.<br />
Als Grundlage d<strong>ie</strong>nen weiterhin Daten,<br />
welche MSK-Module erhoben. Für d<strong>ie</strong><br />
Zustandsbewertung, z.B., können aus<br />
d<strong>ie</strong>sen Attributdaten d<strong>ie</strong> Z<strong>ie</strong>lerreichungsgrade<br />
der jeweils dazugehörigen Unter-<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 209
Bild 9. Software-Output der Z<strong>ie</strong>l-h<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong> des Ist-Zustands eines fiktiven <strong>Flu</strong>ssabschnitts x. Abkürzungen der Attribute könnten in<br />
der Wörterbuch-Datei nachgeschlagen werden.<br />
z<strong>ie</strong>le mit den Wertfunktionen auf unterster<br />
Ebene berechnet werden. D<strong>ie</strong>se Werte<br />
werden dann durch d<strong>ie</strong> defin<strong>ie</strong>rten Aggregationen<br />
zu den jeweils nächst höheren<br />
Ebenen zusammengefasst. D<strong>ie</strong> Aggregationen<br />
werden so lange fortgeführt, bis<br />
man den Qualitätswert des gewünschten<br />
Z<strong>ie</strong>ls erreicht hat. D<strong>ie</strong>se Schritte können<br />
manuell durchgeführt werden. Um d<strong>ie</strong> Anwendung<br />
zu erleichtern, haben wir eine<br />
Software-Applikation entwickelt, d<strong>ie</strong> auf<br />
der frei verfügbaren Statistik und Grafiksoftware<br />
R (http://www.r-project.org) ba-<br />
s<strong>ie</strong>rt. D<strong>ie</strong>se Software steht Interess<strong>ie</strong>rten<br />
zur fre<strong>ie</strong>n Verfügung. D<strong>ie</strong> Software benötigt<br />
als Input eine Textdatei, in welcher d<strong>ie</strong><br />
Zeilen d<strong>ie</strong> Attributwerte für versch<strong>ie</strong>dene<br />
<strong>Flu</strong>ssabschnitte oder versch<strong>ie</strong>dene Managementoptionen<br />
enthalten. Eine solche<br />
Datei kann sehr einfach mit den gängigen<br />
Tabellenkalkulations- oder Datenbankprogrammen<br />
erstellt werden. Da nicht alle<br />
Kantone d<strong>ie</strong> gemessenen Attribute in ihren<br />
Datenbanken gleich benennen, steht eine<br />
Wörterbuch-Datei zur Verfügung, welche<br />
vor der Anwendung der Software mit den<br />
kantonsspezifischen Attributnamen ergänzt<br />
werden kann. Damit wird verm<strong>ie</strong>den,<br />
dass d<strong>ie</strong> Kantone ihre Namenskonventionen<br />
ändern müssen. D<strong>ie</strong> Software<br />
erlaubt den Nutzern, d<strong>ie</strong> Definition der<br />
MSK-Bewertung und ihre Attributdaten<br />
einzulesen, Wertfunktionen zu berechnen<br />
und d<strong>ie</strong> Resultate grafisch darzustellen.<br />
Im Folgenden werden mögliche Anwendungen<br />
des in d<strong>ie</strong>sem Artikel vorgeschlagenen<br />
Konzepts sow<strong>ie</strong> der Software anhand<br />
von zwei Beisp<strong>ie</strong>len illustr<strong>ie</strong>rt.<br />
210 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Tabelle 2. Werte der Unterz<strong>ie</strong>le export<strong>ie</strong>rt aus der Software. Bewertungen, welche wegen fehlender Daten<br />
nicht durchgeführt werden können, sind durch «NA» gekennzeichnet. Bewertungen können gleichzeitig für<br />
mehrere <strong>Flu</strong>ssabschnitte durchgeführt werden (x, y, usw.).<br />
Beisp<strong>ie</strong>l 1a: Grafische Darstellung der<br />
Qualität eines <strong>Flu</strong>ssabschnitts<br />
Bild 9 zeigt den Software-Output<br />
einer Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong> für einen fiktiven <strong>Flu</strong>ssabschnitt,<br />
für welchen gemessene Daten<br />
für alle Attribute ausser für d<strong>ie</strong> Makrozoobenthos<br />
Indizes IBCH und IBGN (weisse<br />
Kästchen) vorhanden sind. Der Z<strong>ie</strong>lerreichungsgrad<br />
für das Modul «Makrozoobenthos»<br />
kann trotz der fehlenden Werte des<br />
IBGN und IBCH berechnet werden, da für<br />
d<strong>ie</strong>ses Modul nur eines der drei Unterz<strong>ie</strong>le<br />
als notwendig defin<strong>ie</strong>rt wurde (s<strong>ie</strong>he Kp. 6).<br />
D<strong>ie</strong> aggreg<strong>ie</strong>rte Qualitätsklasse für den<br />
«Äusseren Aspekt» und den chemischen<br />
Zustand zeigt, w<strong>ie</strong> im Modul «Nährstoffe»<br />
beschr<strong>ie</strong>ben, d<strong>ie</strong> Worst-case-Klasse an.<br />
In d<strong>ie</strong>ser Darstellung können d<strong>ie</strong> Defizite<br />
z.B. auf Attribut-, Modul- oder auf höheren<br />
Ebenen direkt und sehr einfach abgelesen<br />
werden.<br />
Beisp<strong>ie</strong>l 1b: Tabellarische Darstellung der<br />
<strong>Flu</strong>ssabschnittsqualität in Werten<br />
D<strong>ie</strong> exakten Werte für alle Unterz<strong>ie</strong>le<br />
einer <strong>Flu</strong>ssabschnittsbewertung,<br />
welche d<strong>ie</strong> Qualitätsklassen und damit<br />
d<strong>ie</strong> Farben in der Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong> defin<strong>ie</strong>ren<br />
(Bild 9), können direkt in eine Textdatei<br />
export<strong>ie</strong>rt werden (Tab. 2). Im Falle des<br />
<strong>Flu</strong>ssabschnitts x l<strong>ie</strong>gt z.B. der Wert des<br />
Oberz<strong>ie</strong>ls «Naturnaher ökologischer Zustand»<br />
(Ökolog<strong>ie</strong>) bei 0.37, der Wert des<br />
Unterz<strong>ie</strong>ls «Naturnaher biologischer Zustand»<br />
(Biolog<strong>ie</strong>) bei 0.38 etc.<br />
Beisp<strong>ie</strong>l 2: Vergleich der <strong>Flu</strong>ssabschnittsqualität<br />
vor und nach potenz<strong>ie</strong>llen Revitalis<strong>ie</strong>rungsmassnahmen<br />
Plant ein Kanton eine Revitalis<strong>ie</strong>rungsmassnahme<br />
an einem <strong>Flu</strong>ssabschnitt,<br />
so können d<strong>ie</strong> potenz<strong>ie</strong>llen<br />
Qualitätsverbesserungen, welche durch<br />
versch<strong>ie</strong>dene Massnahmen erwartet werden,<br />
berechnet, grafisch dargestellt und<br />
so miteinander verglichen werden. D<strong>ie</strong>s<br />
bedingt teilweise eine Schätzung der erwarteten<br />
Auswirkungen der Massnahmen<br />
auf d<strong>ie</strong> MSK-Attribute. In Bild 10A wird d<strong>ie</strong><br />
ökologische Qualität des fiktiven <strong>Flu</strong>ssabschnitts<br />
aus Bild 9 nach einer Gerinneaufweitung<br />
simul<strong>ie</strong>rt, bzw. abgeschätzt. Dafür<br />
werden für d<strong>ie</strong> morphologischen Attribute<br />
«Werte der geplanten, verbesserten Attributausprägungen»<br />
eingesetzt, alle anderen<br />
Attributausprägungen bleiben für<br />
d<strong>ie</strong>ses Beisp<strong>ie</strong>l gleich. Bild 10B zeigt d<strong>ie</strong> simul<strong>ie</strong>rte<br />
Qualitätsverbesserung nach einer<br />
möglichen Kombination von Massnahmen<br />
w<strong>ie</strong> z.B. der Reduktion von Schwall-Sunk,<br />
höheren Restwassermengen oberhalb der<br />
Wasserrückgabe, oder ein verändertes<br />
Spülreglement im selben <strong>Flu</strong>ssabschnitt<br />
ohne morphologische Aufwertung. Gemäss<br />
d<strong>ie</strong>ser Darstellung der Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong><br />
würde, in d<strong>ie</strong>sem fiktiven Beisp<strong>ie</strong>l,<br />
der <strong>Flu</strong>ssabschnitt<br />
im abiotischen Bereich<br />
mehr von der<br />
morphologischen<br />
als von den hydrologischenAufwertungen<br />
profit<strong>ie</strong>ren:<br />
der abiotische sow<strong>ie</strong><br />
der ökologische<br />
Zustand wechselt<br />
nur bei der mor-<br />
phologischen Aufwertung von einem unbefr<strong>ie</strong>digenden<br />
(orange; Bild 9) zu einem<br />
mässigen Zustand (gelb; Bild 10B). Ein<br />
Vergleich der exakten Werte beider Massnahmen<br />
kann d<strong>ie</strong>sen Vergleich noch spezifiz<strong>ie</strong>ren:<br />
das Oberz<strong>ie</strong>l «Naturnaher ökologischer<br />
Zustand» erreicht mit der Massnahme<br />
Aufweitung den Wert 0.42 und ist<br />
daher nur geringfügig besser als mit den<br />
Massnahmen zur Verbesserung des hydrologischen<br />
Regimes (Wert = 0.37). Will<br />
man einen Schritt weiter gehen, könnten<br />
d<strong>ie</strong> Daten zu Verbesserungen der Attributausprägungen<br />
im biologischen Bereich,<br />
welche durch d<strong>ie</strong> Massnahmen zu erwarten<br />
sind, ebenfalls für eine Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong>simulation<br />
verwendet werden. Solche<br />
Effekte von Massnahmen auf Attribute<br />
können beisp<strong>ie</strong>lsweise von Experten geschätzt<br />
oder durch mathematische Modelle<br />
prognostiz<strong>ie</strong>rt werden (Borsuk et al.,<br />
2006, Schweizer et al., 2007).<br />
6. Vorschläge zur Erweiterung<br />
des MSK<br />
D<strong>ie</strong> in den Kapiteln 1–5 erläuterte Implementation<br />
von Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong>n und Wertfunktionen<br />
ebnet nun den Weg für versch<strong>ie</strong>dene<br />
Erweiterungen des MSK, welche<br />
d<strong>ie</strong> Bewertung genauer und flexibler<br />
machen sow<strong>ie</strong> seine Einbettung in das<br />
übergeordnete Konzept für multikriter<strong>ie</strong>lle<br />
Bild 10. Ausschnitt der Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong> des fiktiven <strong>Flu</strong>ssabschnitts x berechnet aus Attributdaten, welche nach potent<strong>ie</strong>llen Revitalis<strong>ie</strong>rungsmassnahmen<br />
erwartet würden. A) nach einer Gerinneaufweitung und Verbesserung der Sohle- und Uferverhältnisse, B)<br />
nach versch<strong>ie</strong>denen Massnahmen zur Aufwertung des hydrologischen Regimes.<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 211
Entscheidungsunterstützung im Wassermanagement<br />
(MCWM) wesentlich erleichtern<br />
würden.<br />
Um d<strong>ie</strong> integrative Aggregation der<br />
Z<strong>ie</strong>lwerte zu vereinfachen schlagen wir<br />
vor, d<strong>ie</strong> Unterz<strong>ie</strong>le «Naturnahe Hydromorpholog<strong>ie</strong>»<br />
und «Naturnahe Chem<strong>ie</strong>/<br />
Ökotoxikolog<strong>ie</strong>» einzuführen (Bild 3).<br />
Dadurch müssen nur drei respektive<br />
zwei Unterz<strong>ie</strong>le (anstelle von fünf) zur<br />
nächst höheren Ebene aggreg<strong>ie</strong>rt werden,<br />
was das Festlegen der Aggregationsparameter<br />
vereinfacht.<br />
Messung von Attributen und Bewertung<br />
von Z<strong>ie</strong>len sollen immer strikt<br />
getrennt werden. Dadurch können<br />
Messdaten auch dann noch verwendet<br />
werden, wenn sich d<strong>ie</strong> Bewertungsskala<br />
in Zukunft ändern sollte. Zudem<br />
wird d<strong>ie</strong> Unsicherheit der Bewertungen,<br />
welche durch d<strong>ie</strong> Variabilität in der<br />
Datenaufnahme versch<strong>ie</strong>dener Personen<br />
entsteht, minim<strong>ie</strong>rt. D<strong>ie</strong>se Forderung<br />
ist beim MSK bereits weitgehend<br />
erfüllt.<br />
Nicht zwingend diskrete Attribute sollen<br />
in Zukunft, wo immer möglich und<br />
vom Aufwand her gerechtfertigt, kontinu<strong>ie</strong>rlich<br />
erhoben werden: z.B. könnte<br />
d<strong>ie</strong> Wassersp<strong>ie</strong>gelbreitenvariabilität<br />
(aus dem Modul «Ökomorpholog<strong>ie</strong> F»)<br />
anstatt diskret (ausgeprägt, eingeschränkt,<br />
keine) kontinu<strong>ie</strong>rlich mittels<br />
Variationskoeffiz<strong>ie</strong>nten einiger Daten<br />
der Wassersp<strong>ie</strong>gelbreite beurteilt werden.<br />
Attribute mit Schätzungen von<br />
wenig, mittel, v<strong>ie</strong>l (z.B. Modul «Äusserer<br />
Aspekt») könnten durch Schätzungen<br />
von Bedeckungsgraden, usw. ersetzt<br />
werden. Dadurch wird d<strong>ie</strong> Datenerhebung<br />
objektiver und deren Bewertung<br />
genauer, was den erhöhten<br />
Erhebungsaufwand rechtfertigen könnte.<br />
Zudem, w<strong>ie</strong> wir im Anwendungsbeisp<strong>ie</strong>l<br />
(Kp. 5) gesehen haben, kann<br />
ein kleiner Wertuntersch<strong>ie</strong>d bereits<br />
eine Änderung in der Zustandsklasse<br />
bewirken. Eine kontinu<strong>ie</strong>rliche Skala<br />
macht d<strong>ie</strong>se Fälle offenkundig. Wenn<br />
zusätzlich zu den Attributwerten auch<br />
deren Messfehler erhoben werden,<br />
würde d<strong>ie</strong> Genauigkeit der Messung<br />
noch besser dokument<strong>ie</strong>rt und d<strong>ie</strong><br />
Bewertungsqualität zusätzlich beurteilt<br />
werden können.<br />
Attribute und Z<strong>ie</strong>le können als notwendig<br />
oder freiwillig eingestuft werden.<br />
Als notwendig defin<strong>ie</strong>rte Attribute/Z<strong>ie</strong>le<br />
müssen zwingend aufgenommen/bewertet<br />
werden, damit das<br />
darauf aufbauende Z<strong>ie</strong>l auf der nächst<br />
höheren Ebene bewertet werden kann.<br />
D<strong>ie</strong> Standard-MSK-Bewertung kann<br />
dadurch mit zusätzlichen Attributen/<br />
Z<strong>ie</strong>len ergänzt werden, ohne dass sich<br />
etwas an der Bewertung ändert, wenn<br />
d<strong>ie</strong>se zusätzlichen Daten nicht vorhanden<br />
sind. D<strong>ie</strong>s hat zum Vorteil, dass<br />
Kantone, welche zusätzliche Daten<br />
erheben, d<strong>ie</strong>se auch verwenden können<br />
und dadurch eine breiter abgestützte<br />
Bewertung machen können.<br />
So können auch Module auf Stufe<br />
F durch Module auf Stufe S ersetzt oder<br />
Unterz<strong>ie</strong>le durch versch<strong>ie</strong>dene Attribute<br />
bewertet werden (beisp<strong>ie</strong>lsweise<br />
bei der Bewertung des Unterz<strong>ie</strong>ls «Naturnahes<br />
Vorkommen von Makrozoobenthos»<br />
durch d<strong>ie</strong> drei Attribute<br />
IBGN, IBCH und Makroindex; Bild 3<br />
und 9).<br />
Eine detaill<strong>ie</strong>rtere Bewertung erfordert<br />
d<strong>ie</strong> Einführung einer <strong>Flu</strong>sstypis<strong>ie</strong>rung.<br />
D<strong>ie</strong> Bewertung oder zumindest einzelne<br />
Elemente davon hängen dann<br />
vom <strong>Flu</strong>sstyp ab.<br />
Künftige oder zu überarbeitende Module<br />
sollten direkt als Wertfunktionen<br />
formul<strong>ie</strong>rt werden. D<strong>ie</strong>se methodische<br />
Vereinheitlichung der versch<strong>ie</strong>denen<br />
MSK-Bewertungen erleichtert d<strong>ie</strong> Erarbeitung<br />
und Kommunikation des Bewertungsverfahrens,<br />
ohne d<strong>ie</strong> Entwicklung<br />
der Methoden zu erschweren.<br />
Künftige oder zu überarbeitende Module<br />
sollen vermehrt auf der wachsenden<br />
internationalen Literatur aufbauen.<br />
D<strong>ie</strong> Begründung für d<strong>ie</strong> Wahl von Bewertungselementen<br />
und Gewichtungen<br />
sollen zusätzlich zur Methodenbeschreibung<br />
publiz<strong>ie</strong>rt werden. D<strong>ie</strong>s<br />
macht d<strong>ie</strong> Methoden einem grösseren<br />
Publikum bekannt, erhöht d<strong>ie</strong> Transparenz<br />
der Methoden und erleichtert<br />
deren Weiterentwicklung.<br />
7. Schlussfolgerungen<br />
und Ausblick<br />
In d<strong>ie</strong>sem Artikel schlagen wir vor, bestehende<br />
MSK-Module mit Hilfe von Methoden<br />
aus der Entscheidungstheor<strong>ie</strong> als<br />
Wertfunktionen darzustellen und neue<br />
Module in d<strong>ie</strong>sem Formalismus zu entwickeln.<br />
D<strong>ie</strong>s erweitert den Anwendungsbereich<br />
des MSK: Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer können<br />
integrativ bewertet werden, und durch d<strong>ie</strong><br />
Einbettung des MSK in ein übergeordnetes<br />
Konzept für multikriter<strong>ie</strong>lle Entscheidungsunterstützung<br />
im Wassermanagement<br />
können Entscheidungen über <strong>Flu</strong>ssmanagementoptionen<br />
unterstützt werden<br />
(Reichert et al., 2011). Dass eine solche<br />
Umformul<strong>ie</strong>rung relativ einfach möglich<br />
ist zeigt d<strong>ie</strong> grundsätzliche Kompatibilität<br />
der bisher im MSK entwickelten Methoden<br />
mit den vorgeschlagenen übergeordneten<br />
Konzepten. Zusätzlich zum bisherigen<br />
Nutzen des MSK sehen wir durch d<strong>ie</strong>sen<br />
Vorschlag d<strong>ie</strong> folgenden Vorteile (s<strong>ie</strong>he<br />
auch Kapitel 6):<br />
Flexibilität bzgl. Attributen und Z<strong>ie</strong>len:<br />
Das Konzept der notwendigen und<br />
freiwilligen Unterz<strong>ie</strong>le/Attribute erlaubt<br />
es unter anderem, der vorgeschlagenen<br />
Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong> neue Unterz<strong>ie</strong>le/<br />
Attribute hinzuzufügen. D<strong>ie</strong>s hat zum<br />
Vorteil, dass MSK-Module, welche in<br />
Bearbeitung sind, sow<strong>ie</strong> zukünftige Module<br />
(z.B. zur Sedimentproblematik<br />
oder genetische Methoden in der Biolog<strong>ie</strong>)<br />
jederzeit integr<strong>ie</strong>rt werden können,<br />
oder dass Z<strong>ie</strong>le mittels untersch<strong>ie</strong>dlicher<br />
Attribute bewertet werden<br />
können (Bsp. Makrozoobenthos).<br />
Zudem können d<strong>ie</strong> Kantone, je nach<br />
möglichem Erhebungsaufwand, ihre<br />
Standardattribute aus den MSK-Modulen<br />
mit zusätzlichen Daten ergänzen.<br />
Wird d<strong>ie</strong> Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong> durch zusätzliche<br />
Unterz<strong>ie</strong>le und assozi<strong>ie</strong>rte<br />
Attribute ergänzt, muss bei der Aggregation<br />
der erhobenen Werte darauf geachtet<br />
werden, dass d<strong>ie</strong> Gewichtung<br />
der einzelnen Attribute dementsprechend<br />
angepasst wird.<br />
D<strong>ie</strong> MSK-Bewertungen bas<strong>ie</strong>ren auf<br />
einer fixen Anzahl Attribute. Zusätzlich<br />
vorhandene Daten bleiben daher ungenutzt,<br />
was den Grundsätzen einer<br />
guten Beurteilungsmethodik widerspricht.<br />
D<strong>ie</strong> Festlegung der fixen Attribute<br />
kann zudem d<strong>ie</strong> Entwicklung<br />
eines Moduls verzögern und hemmt<br />
d<strong>ie</strong> Verwendung (untersch<strong>ie</strong>dlicher)<br />
historischer Daten.<br />
Flexibilität bzgl. Aggreg<strong>ie</strong>rung: D<strong>ie</strong><br />
Bewertungen einzelner Z<strong>ie</strong>le aus den<br />
MSK-Modulen können interessenspezifisch<br />
auf versch<strong>ie</strong>denen Ebenen<br />
integr<strong>ie</strong>rt und kommuniz<strong>ie</strong>rt werden:<br />
das Interesse an stark integr<strong>ie</strong>rten<br />
Beurteilungen kann dadurch ebenso<br />
befr<strong>ie</strong>digt werden w<strong>ie</strong> das Bedürfnis,<br />
d<strong>ie</strong>se Integration aufzulösen und d<strong>ie</strong><br />
Einzelbeurteilungen beisp<strong>ie</strong>lsweise für<br />
d<strong>ie</strong> Defizitanalyse nutzen zu können.<br />
D<strong>ie</strong> MSK-Synthese schlägt derzeit ein<br />
Vorgehen zur Aggreg<strong>ie</strong>rung von biologischen<br />
und abiotischen Modulen vor,<br />
jedoch keine Gesamtaggregation zu<br />
einem integrativen Wert.<br />
Realitätsnahe Aggreg<strong>ie</strong>rung: D<strong>ie</strong> Anwendung<br />
von versch<strong>ie</strong>denen Aggregationstechniken<br />
inklusive der gemischten<br />
Aggregation auf versch<strong>ie</strong>denen<br />
Ebenen der Z<strong>ie</strong>lh<strong>ie</strong>rarch<strong>ie</strong> er-<br />
212 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
laubt eine Integration der Z<strong>ie</strong>le aus den<br />
einzelnen MSK-Modulen. Versch<strong>ie</strong>dene<br />
Experten bevorzugen auf einer<br />
höheren h<strong>ie</strong>rarchischen Ebene d<strong>ie</strong> gemischte<br />
Aggregation, um ihre Präferenzen<br />
abzubilden.<br />
In den meisten bisherigen MSK-Modulen<br />
sow<strong>ie</strong> der MSK-Synthese wurde<br />
additiv oder mittels worst-case aggreg<strong>ie</strong>rt.<br />
Eine Ausnahme bildet das Modul<br />
«Hydrolog<strong>ie</strong>», wo unter anderem eine<br />
Kombination der beiden in der Gesamt -<br />
aggregation angewendet wird.<br />
Kontinu<strong>ie</strong>rliche Werteskala von 0–1:<br />
Alle Bewertungen werden mit derselben,<br />
kontinu<strong>ie</strong>rlichen Wertskala zwischen<br />
0 und 1 gemacht. Bewertungen<br />
auf allen Ebenen werden so vergleichbar<br />
und können einfacher aggreg<strong>ie</strong>rt<br />
werden. D<strong>ie</strong> Ableitung von Zustandsklassen<br />
ist trotzdem jederzeit möglich.<br />
Da aber jedes Z<strong>ie</strong>l einen kontinu<strong>ie</strong>rlich<br />
berechneten Wert erhält kann untersch<strong>ie</strong>den<br />
werden, ob ein Z<strong>ie</strong>l gerade<br />
noch in der schlechteren Klasse oder<br />
knapp in der besseren Klasse ist. D<strong>ie</strong><br />
kontinu<strong>ie</strong>rliche Bewertung erleichtert<br />
auch d<strong>ie</strong> Unsicherheitsanalyse. D<strong>ie</strong><br />
Unsicherheit der Attributwerte kann<br />
mit konventionellen Methoden auf d<strong>ie</strong><br />
Unsicherheit der Bewertung propag<strong>ie</strong>rt<br />
werden.<br />
D<strong>ie</strong> Bewertungen im MSK beruhen alle<br />
auf versch<strong>ie</strong>denen Bewertungssystemen<br />
und sind daher zwischen den<br />
Modulen nicht direkt vergleichbar.<br />
Endbewertungen l<strong>ie</strong>gen nur in der<br />
Form von diskreten Qualitätsklassen<br />
vor. Durch d<strong>ie</strong> Aggregation solcher<br />
Klassenwerte können sich Unsicherheiten<br />
akkumul<strong>ie</strong>ren.<br />
Integrative Bewertung von Massnahmen:<br />
D<strong>ie</strong> vorgeschlagene Verwendung<br />
der umformul<strong>ie</strong>rten MSK-Bewertungen<br />
in Wertfunktionen ermöglicht<br />
nicht nur eine integrative <strong>Flu</strong>ssbewertung,<br />
sondern erlaubt auch eine<br />
integrative Entscheidungsunterstützung<br />
über vorgeschlagene Massnahmen<br />
im Rahmen eines multikriter<strong>ie</strong>llen<br />
Wassermanagements (MCWM, Reichert<br />
et al., 2011). Dazu wird der Nachher-Zustand<br />
der Attribute aus den<br />
MSK-Modulen für versch<strong>ie</strong>dene vorgeschlagene<br />
Massnahmen von Experten<br />
prognostiz<strong>ie</strong>rt oder durch mathematische<br />
Modelle simul<strong>ie</strong>rt. Der<br />
Vergleich der sich daraus ergebenden<br />
Bewertungen der Massnahmen ermöglicht<br />
deren Prioris<strong>ie</strong>rung. Es können<br />
sektor<strong>ie</strong>lle oder sektorübergreifende<br />
Massnahmen bewertet werden.<br />
Einheitliches Konzept für Bewertung<br />
und Management: D<strong>ie</strong> Anwendung<br />
des MCWM bei <strong>Flu</strong>ssbewertungen<br />
sow<strong>ie</strong> Revitalis<strong>ie</strong>rungsmassnahmen<br />
(oder anderen Managementoptionen)<br />
erleichtert d<strong>ie</strong> Kommunikation und<br />
fördert, bei guter Einführung des Konzepts,<br />
d<strong>ie</strong> Transparenz solcher Projekte.<br />
MSK-Module sind wichtige Vollzugshilfen<br />
für d<strong>ie</strong> Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässerbewertung<br />
in den Kantonen. Unsere Vorschläge<br />
bauen auf d<strong>ie</strong>sen Modulen<br />
auf, vereinheitlichen deren Darstellung<br />
und erweitern s<strong>ie</strong> um wesentliche<br />
Schritte, insbesondere um d<strong>ie</strong> integrative<br />
Bewertung und d<strong>ie</strong> verstärkte Verwendung<br />
im <strong>Flu</strong>ssmanagement.<br />
Begleitende wissenschaftliche Publikationen:<br />
Publikationen würden den<br />
internationalen Austausch im aktiven<br />
Geb<strong>ie</strong>t der ökologischen Zustandsbewertung<br />
und d<strong>ie</strong> Transparenz über<br />
d<strong>ie</strong> gewählten Verfahren fördern sow<strong>ie</strong><br />
d<strong>ie</strong> Weiterentwicklung der Module erleichtern.<br />
Im MSK wurden bisher kaum wissenschaftliche<br />
Artikel, begleitend zu den<br />
Modulen, publiz<strong>ie</strong>rt. D<strong>ie</strong> Begründungen<br />
zur Wahl der Verfahren sind daher nicht<br />
immer zugänglich.<br />
D<strong>ie</strong> h<strong>ie</strong>r vorgeschlagene Kombination<br />
des MSK mit Methoden aus der Entscheidungstheor<strong>ie</strong><br />
wird zurzeit in mehreren<br />
Projekten der Eawag angewendet und<br />
evalu<strong>ie</strong>rt sow<strong>ie</strong> mit Vertretern des BAFU<br />
und der Kantone in versch<strong>ie</strong>denen Arbeitsgruppen<br />
diskut<strong>ie</strong>rt. Mit d<strong>ie</strong>sem Artikel<br />
möchten wir d<strong>ie</strong>se Diskussion über d<strong>ie</strong><br />
Arbeitsgruppen hinaus stimul<strong>ie</strong>ren und<br />
Rückmeldungen in d<strong>ie</strong> Verbesserung der<br />
Konzepte sow<strong>ie</strong> der Praxistauglichkeit einfl<strong>ie</strong>ssen<br />
lassen.<br />
Verdankung<br />
Wir bedanken uns herzlich bei Hansruedi<br />
S<strong>ie</strong>grist, Christian Stamm und Jörg R<strong>ie</strong>ckermann<br />
für d<strong>ie</strong> Bereitstellung der Minimal- und<br />
Maximalwerte der für d<strong>ie</strong> Module «chemischphysikalische<br />
Erhebungen, Nährstoffe». D<strong>ie</strong><br />
vorl<strong>ie</strong>gende Arbeit profit<strong>ie</strong>rte von v<strong>ie</strong>len Diskussionen<br />
und Erfahrungen aus Projekten mit<br />
v<strong>ie</strong>len Partnern aus Wissenschaft und Praxis<br />
und von Diskussionen über eine theoretische<br />
Fund<strong>ie</strong>rung der Entscheidungsunterstützung<br />
an der Eawag. Insbesondere möchten wir uns<br />
bei Susanne Haertel-Borer, Janet Hering, Bernd<br />
Klauer, Martin Pfaundler, Jacqueline Schlosser,<br />
Nele Schuwirth, Steffen Schweizer, Ueli S<strong>ie</strong>ber,<br />
Christian Stamm und Stefan Vollenweider für<br />
das Gegenlesen und Komment<strong>ie</strong>ren früherer<br />
Entwürfe d<strong>ie</strong>ses Artikels bedanken.<br />
Literaturverzeichnis<br />
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Methoden zur Untersuchung und Beurteilung<br />
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BUWAL, Bern. 49 S.<br />
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<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement<br />
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zur Untersuchung und Beurteilung der<br />
Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer. Wasserpflanzen: Anleitung zur<br />
Probenahme. Bundesamt für Umwelt, Bern.<br />
60 S.<br />
L<strong>ie</strong>chti, P. (2010): Methoden zur Untersuchung<br />
und Beurteilung der Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer. Chemischphysikalische<br />
Erhebungen, Nährstoffe. Umwelt-Vollzug<br />
Nr. 1005. Bundesamt für Umwelt,<br />
Bern. 44 S.<br />
Linkov, I., Satterstrom, F.K., Kiker, G., Seager,<br />
T.P., Bridges, T., Gardner, K.H., Rogers, S.H.,<br />
Belluck, D.A., Meyer, A. (2006): Multicriteria decision<br />
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Risk Analysis 26: 61–78.<br />
Pfaundler, M., Dübendorfer, C., Zysset, A.<br />
(2011): Methoden zur Untersuchung und Beurteilung<br />
der Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer. Hydrolog<strong>ie</strong> – Ab-<br />
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188–201.<br />
Reichert, P., Schuwirth, N., Langhans, S.D.<br />
(2011): MCWM ein Konzept für multikriter<strong>ie</strong>lle<br />
Entscheidungsunterstützung im Wassermanagement.<br />
Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft 2:139–48.<br />
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Umwelt-Vollzug Nr. 44. Bundesamt für Umwelt,<br />
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Wasser-Agenda 21 (2010): Einzugsgeb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement:<br />
Leitbild für d<strong>ie</strong> integrale Bewirtschaftung<br />
des Wassers in der Schweiz. Leitbild.<br />
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214 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden<br />
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uss, aber auch Ihre Budgets in geordneten Bahnen. Inform<strong>ie</strong>ren<br />
S<strong>ie</strong> sich unter www.buag.ch und verlangen S<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong> Broschüre «D<strong>ie</strong> Kommunikation<br />
der Information» oder rufen S<strong>ie</strong> einfach Tel. 056 484 54 54 an.
Integrales <strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement/<br />
Gestion intégrale de l’espace fluvial<br />
«Teil 1»<br />
D<strong>ie</strong>ses multidisziplinäre Forschungsprojekt<br />
wurde 2007 im Anschluss an das<br />
Rhone-Thur-Projekt lanc<strong>ie</strong>rt. Es setzt auf<br />
Synerg<strong>ie</strong>n flussbautechnischer, ökologischer<br />
und soziokultureller Aspekte, um<br />
den vorhandenen Defiziten in Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässern<br />
entgegenzuwirken. Dabei untersuchten<br />
Wasserbauer d<strong>ie</strong> Strömungs-<br />
und Habitatsv<strong>ie</strong>lfalt der Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer,<br />
um konstruktive Lösungen für den Hochwasserschutz<br />
zu finden. Gleichzeitig erforschten<br />
Ökologinnen und Ökologen d<strong>ie</strong><br />
Habitats- und Artenv<strong>ie</strong>lfalt sow<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong> ökologische<br />
Vernetzung der Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer<br />
und ihrer angrenzenden terrestrischen<br />
Lebensräume. Z<strong>ie</strong>l ist es, dynamische und<br />
vernetzte Lebensräume zu fördern. Dazu<br />
braucht es innovative Konzepte in der<br />
Umsetzung flussbaulicher Massnahmen,<br />
welche d<strong>ie</strong> Ansprüche des Hochwasserschutzes<br />
erfüllen und d<strong>ie</strong> biologische V<strong>ie</strong>lfalt<br />
in den Gewässern erhöhen.<br />
Erste Resultate des Projektes wurden<br />
anlässlich der Tagung <strong>Flu</strong>ssrevitalis<strong>ie</strong>rungen:<br />
«Synerg<strong>ie</strong>n zwischen Hochwasserschutz<br />
und Ökolog<strong>ie</strong>» am 25. November<br />
2010 in Bern präsent<strong>ie</strong>rt. In der<br />
vorl<strong>ie</strong>genden Artikelser<strong>ie</strong> werden d<strong>ie</strong> für<br />
d<strong>ie</strong> Praxis relevanten Schlussresultate in<br />
zwei Teilen mit insgesamt sechs Beiträgen<br />
vorgestellt. Im Weiteren werden voraussichtlich<br />
im Frühsommer 2012 Merkblätter<br />
des Bundesamtes für Umwelt (BAFU) zu<br />
folgenden Themen erscheinen: Dynamik,<br />
Habitats- und Biodiversität, hydro-mor-<br />
phologische V<strong>ie</strong>lfältigkeit bei flussbaulichen<br />
Projekten, Vernetzung, Seiteneinmündungen,<br />
Blockrampen, Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässermodell<strong>ie</strong>rung<br />
sow<strong>ie</strong> Erfolgskontrollen.<br />
Das Projekt wurde gemeinsam von<br />
Eawag, LCH-EPFL, VAW-ETHZ und WSL<br />
erarbeitet und vom Bundesamt für Umwelt<br />
(BAFU) begleitet sow<strong>ie</strong> finanz<strong>ie</strong>ll unterstützt.<br />
Weitere Partner waren Kantone,<br />
Universitäten und Fachhochschulen.<br />
Nähere Informationen befinden<br />
sich auf «www.rivermanagement.ch»<br />
D<strong>ie</strong> Teilprojektleiter: Roland Fäh<br />
(VAW-ETHZ), Armin Peter (Eawag), Christoph<br />
Scheidegger (WSL) und Anton<br />
Schleiss (LCH-EPFL).<br />
Ce projet multidisciplinaire a été lancé<br />
en 2007 à la suite du projet Rhône-Thur<br />
et mise sur les synerg<strong>ie</strong>s entre les trois<br />
pôles suivants: écolog<strong>ie</strong>, construction<br />
hydraulique et enjeux socioculturels. Le<br />
but de cette approche est de reméd<strong>ie</strong>r<br />
aux déficits actuellement encourus par les<br />
cours d’eau. La part<strong>ie</strong> ingén<strong>ie</strong>r<strong>ie</strong> modélise<br />
les contraintes hydrauliques, afin de trouver<br />
des solutions applicables à la protection<br />
contre les crues. La part<strong>ie</strong> écolog<strong>ie</strong> fait<br />
état de la biodiversité des cours d’eau<br />
et des habitats riverains, ainsi que de<br />
l’interconnexion écologique. L’objectif<br />
final est la création d’habitats dynamiques<br />
et interconnectés en développant des<br />
nouveaux concepts lors de la construction<br />
d’aménagements fluviaux afin de satisfaire<br />
en même temps la protection contre les<br />
crues et l’augmentation de la biodiversité<br />
dans les cours d’eau.<br />
Les prem<strong>ie</strong>rs résultats du projet<br />
ont été présentés lors du symposium<br />
Revitalisation des cours d’eau: synerg<strong>ie</strong>s<br />
entre protection contre les crues et écolog<strong>ie</strong><br />
le 25 novembre 2010 à Berne. Dans une<br />
sér<strong>ie</strong> de 6 articles en deux parts, les résultats<br />
les plus importants et pertinents pour la<br />
pratique sont présentés. De plus, des fiches<br />
de recommandations seront publiées,<br />
probablement début été en 2012, par<br />
l’Office fédérale de l’environnement sur les<br />
thèmes dynamique, habitat et biodiversité,<br />
diversité hydraulique-morphologique dans<br />
le cadre des projets d’aménagements de<br />
cours d’eau, connectivité, confluences,<br />
rampes en bloc, modélisation des réseaux<br />
fluviales, ainsi la vérification du succès de<br />
mesures.<br />
Le projet a été élaboré par les<br />
partenaires suivants: l’Eawag, le LCH-<br />
EPFL, le VAW-ETHZ et le WSL. Il a été<br />
suivi et soutenu financièrement par l’Office<br />
fédérale pour l’environnement (OFEV).<br />
Les cantons, les universités et les hautes<br />
écoles spécialisés ont également participé<br />
au projet.<br />
Pour de plus amples informations,<br />
voir le site «www.rivermanagement.ch»<br />
Directeurs des sous-projets:<br />
Roland Fäh (VAW-ETHZ), Armin Peter<br />
(Eawag), Christoph Scheidegger (WSL) et<br />
Anton Schleiss (LCH-EPFL).<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 215<br />
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement<br />
Erhaltung und Förderung der Biodiversität<br />
von Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässern<br />
Maria Alp, Theresa Karpati, Silke Werth, Walter Gostner, Christoph Scheidegger, Armin Peter<br />
Zusammenfassung<br />
Biodiversität ist eine grundlegende Eigenschaft natürlicher Ökosysteme, d<strong>ie</strong> durch<br />
zunehmende menschliche Eingriffe in den letzten Jahrhunderten stark bedroht ist.<br />
Der komplexe Begriff Biodiversität umfasst d<strong>ie</strong> V<strong>ie</strong>lfalt an Lebensräumen und Arten<br />
mit ihren ökologischen Funktionen und Interaktionen und ihrer genetischen V<strong>ie</strong>lfalt.<br />
All d<strong>ie</strong>se Aspekte sind eng miteinander verknüpft, und ein sachkundiges Wissen über<br />
d<strong>ie</strong>se Zusammenhänge ist eine wichtige Voraussetzung für d<strong>ie</strong> effiz<strong>ie</strong>nte Planung von<br />
Massnahmen zur Erhaltung und zur Förderung der Biodiversität.<br />
D<strong>ie</strong>ser Artikel erläutert wichtige Aspekte der Biodiversität in Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässern. Unter<br />
anderem werden Ergebnisse von v<strong>ie</strong>r ausgewählten Stud<strong>ie</strong>n vorgestellt, d<strong>ie</strong> sich im<br />
Rahmen des Projekts «Integrales <strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement» mit versch<strong>ie</strong>denen Aspekten<br />
der Biodiversität befasst haben. W<strong>ie</strong> hängt d<strong>ie</strong> V<strong>ie</strong>lfalt aquatischer Organismen<br />
mit der <strong>Flu</strong>ssmorpholog<strong>ie</strong> zusammen? W<strong>ie</strong> können d<strong>ie</strong> Ansprüche versch<strong>ie</strong>dener Lebensphasen<br />
bei aquatischen Organismen berücksichtigt werden? Welche Faktoren<br />
beeinflussen d<strong>ie</strong> genetische V<strong>ie</strong>lfalt der Populationen? W<strong>ie</strong> beeinflusst d<strong>ie</strong> <strong>Flu</strong>ssdynamik<br />
d<strong>ie</strong> Lebensräume und somit das Vorkommen von flussbegleitenden Arten?<br />
D<strong>ie</strong>se und andere Fragen werden im folgenden Artikel angegangen.<br />
1. Was macht d<strong>ie</strong><br />
Biodiversität aus?<br />
Defin<strong>ie</strong>rt nach der Biodiversitäts-Konvention<br />
(2005) bezeichnet der Begriff Biodiversität<br />
d<strong>ie</strong> V<strong>ie</strong>lfalt an Ökosystemen und<br />
Arten mit ihren ökologischen Funktionen<br />
und Interaktionen sow<strong>ie</strong> ihrer genetischen<br />
V<strong>ie</strong>lfalt.<br />
Ein Ökosystem (beisp<strong>ie</strong>lsweise<br />
ein <strong>Flu</strong>ss) umfasst einen Lebensraum mit<br />
einer bestimmten Artengemeinschaft in<br />
einem räumlich abgegrenzten Ausschnitt<br />
der Biosphäre. Jede Art hat im Ökosystem<br />
ihren spezifischen Lebensraum, das Habitat.<br />
Habitate b<strong>ie</strong>ten den Arten Nahrung<br />
und Schutz und ermöglichen den Ablauf<br />
des gesamten Lebenszyklus. Ausserdem<br />
ist jede Art in ihrem Habitat auch Interaktionen<br />
mit anderen Arten w<strong>ie</strong> zum Beisp<strong>ie</strong>l<br />
Konkurrenz oder Räuber-Beute-Bez<strong>ie</strong>hungen<br />
ausgesetzt. D<strong>ie</strong> Bedürfnisse jeder<br />
Art bezüglich Grösse und Typ des Habitats<br />
sind untersch<strong>ie</strong>dlich und können je nach<br />
Lebensabschnitt vari<strong>ie</strong>ren.<br />
Nicht nur d<strong>ie</strong> V<strong>ie</strong>lfalt an Arten und<br />
Lebensräumen, sondern auch d<strong>ie</strong> V<strong>ie</strong>lfalt<br />
an Funktionen, d<strong>ie</strong> ein Ökosystem erfüllt,<br />
machen einen bedeutenden Teil der Biodiversität<br />
aus. Bei Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässern inter-<br />
ag<strong>ie</strong>ren geomorphologische und hydrologische<br />
Prozesse eng mit der <strong>Flu</strong>ss- und<br />
Uferbiota (Br<strong>ie</strong>rley & Fryirs, 2008). D<strong>ie</strong> Aufnahme<br />
und d<strong>ie</strong> Abgabe von Kohlendioxid,<br />
Sauerstoff und anderen Nährstoffen, der<br />
Abbau von organischem Material oder d<strong>ie</strong><br />
Primärproduktion sind nur wenige Beisp<strong>ie</strong>le<br />
v<strong>ie</strong>ler solcher Funktionen. Jede einzelne<br />
Art ist durch ihre Lebensfunktionen in<br />
einer Reihe solche Prozesse beteiligt und<br />
kann dabei sogar eine Schlüsselrolle übernehmen<br />
(Lawton, 1994).<br />
D<strong>ie</strong> genetische V<strong>ie</strong>lfalt ist wichtig,<br />
um das Überleben einzelner Arten zu ermöglichen.<br />
Wenn sich d<strong>ie</strong> Umweltbedingungen<br />
ändern, beisp<strong>ie</strong>lsweise bei einer<br />
Klimaerwärmung, überleben nur Individuen<br />
einer Art, welche d<strong>ie</strong> genetische Anlage<br />
haben, den sich ändernden Umwelteinflüssen<br />
(w<strong>ie</strong> Temperaturanst<strong>ie</strong>g oder<br />
Einwanderung neuer Arten) anzupassen.<br />
Eine hohe genetische V<strong>ie</strong>lfalt kann d<strong>ie</strong><br />
Überlebenswahrscheinlichkeiten von Populationen<br />
günstig beeinflussen. Umgekehrt<br />
kann der Verlust der genetischen<br />
V<strong>ie</strong>lfalt einer Art auch deren Anpassungsfähigkeit<br />
an sich verändernde Umweltfaktoren<br />
reduz<strong>ie</strong>ren (Frankham et al., 2010).<br />
D<strong>ie</strong> genetische V<strong>ie</strong>lfalt ist somit eine der<br />
Grundvoraussetzungen für d<strong>ie</strong> Erhaltung<br />
der Biodiversität unter sich verändernden<br />
Umweltbedingungen.<br />
2. D<strong>ie</strong> Rolle der V<strong>ie</strong>lfalt,<br />
Dynamik und Vernetzung der<br />
Habitate in Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässern<br />
In Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässern sind d<strong>ie</strong> V<strong>ie</strong>lfalt, Grösse,<br />
funktionelle Vernetzung und Dynamik der<br />
Habitate wichtige Voraussetzungen für<br />
eine hohe Biodiversität. D<strong>ie</strong> V<strong>ie</strong>lfalt der<br />
Habitate wird durch eine Reihe abiotischer<br />
Umweltfaktoren charakteris<strong>ie</strong>rt. In einem<br />
natürlichen <strong>Flu</strong>sslauf sind d<strong>ie</strong>s vor allem<br />
d<strong>ie</strong> Morpholog<strong>ie</strong> und d<strong>ie</strong> Geolog<strong>ie</strong> des<br />
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong>ts sow<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong> chemische Zusammensetzung<br />
von Boden und Wasser, d<strong>ie</strong><br />
ihrerseits durch d<strong>ie</strong> Geolog<strong>ie</strong> beeinflusst<br />
sind. Auch dynamische Faktoren w<strong>ie</strong> saisonale<br />
Schwankungen der N<strong>ie</strong>derschläge,<br />
des Abflusses, der Temperatur oder der<br />
Einstrahlung sind wichtige Charakteristika<br />
der Habitate. D<strong>ie</strong> räumliche und zeitliche<br />
Verteilung des N<strong>ie</strong>derschlags bedingt<br />
nicht nur das Abflussregime in einem<br />
Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer, sondern auch d<strong>ie</strong> Höhe<br />
und V<strong>ie</strong>lfalt der Ufervegetation. Temperatur-<br />
und Einstrahlungsverlauf (Tages- und<br />
Jahreswerte) bestimmen Wachstum, Aktivität<br />
und Lebensdauer aquatischer und<br />
terrestrischer Arten. D<strong>ie</strong> für Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer<br />
wichtige Vernetzung der Habitate führt<br />
dazu, dass sich untersch<strong>ie</strong>dliche <strong>Flu</strong>ssabschnitte<br />
sow<strong>ie</strong> terrestrische und aquatische<br />
Habitate gegenseitig beeinflussen.<br />
D<strong>ie</strong> genannten Aspekte der Habitatv<strong>ie</strong>lfalt<br />
sind wichtig, um das Vorkommen fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässerspezifischer<br />
Arten und damit ihre<br />
Funktion im Ökosystem Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer<br />
zu erhalten (Rohde, 2005; Bild 1).<br />
3. Auswirkung flussbaulicher<br />
Eingriffe auf d<strong>ie</strong> Lebensräume<br />
In verbauten und von Menschen genutzten<br />
Flüssen sind v<strong>ie</strong>le Umweltfaktoren verändert,<br />
was einschneidende Auswirkungen<br />
auf d<strong>ie</strong> Habitat- und Artenv<strong>ie</strong>lfalt nach<br />
sich z<strong>ie</strong>ht. Zu den stärksten Beeinträch-<br />
216 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Ein Ökosystem mit sehr hoher Biodiversität:<br />
<strong>Flu</strong>ssaue mit natürlicher<br />
Abflussdynamik<br />
Dynamische Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer mit natürlichen<br />
Altarmen und intakter Quervernetzung<br />
mit Auen weisen eine sehr hohe<br />
Habitatv<strong>ie</strong>lfalt auf (Bild 1). Durch bettbildende<br />
Hochwasserereignisse kann ein<br />
natürliches Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer seinen Lauf<br />
immer w<strong>ie</strong>der verlagern und so neue<br />
Lebensräume für aquatische und terrestrische<br />
Organismen mit untersch<strong>ie</strong>dlichsten<br />
Ansprüchen schaffen. Der<br />
Hauptarm bildet das Habitat für adulte<br />
Fische, strömungsl<strong>ie</strong>bende Jungfische<br />
und v<strong>ie</strong>le Wirbellose. In Seitenarmen mit<br />
t<strong>ie</strong>fen Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>eschwindigkeiten finden<br />
Wasservögel und Jungfische Nahrung<br />
und Schutz. Regelmässige Überflutungen<br />
der Uferzone und K<strong>ie</strong>sbänke l<strong>ie</strong>fern<br />
neue Nährstoffe, führen aber auch zu<br />
geringeren Vegetationsdichten in d<strong>ie</strong>sen<br />
Habitaten. D<strong>ie</strong> K<strong>ie</strong>sbänke b<strong>ie</strong>ten so ein<br />
optimales Habitat für v<strong>ie</strong>le gefährdete<br />
Insekten- oder Pion<strong>ie</strong>rpflanzenarten (z.B.<br />
K<strong>ie</strong>sbank-Grashüpfer und Deutsche Tamariske),<br />
d<strong>ie</strong> auf offene K<strong>ie</strong>sbänke mit<br />
wenig Vegetation angew<strong>ie</strong>sen sind. S<strong>ie</strong><br />
sind auch wichtig als Bruthabitate für<br />
schotterbrütende Vogelarten (z.B. <strong>Flu</strong>ssregenpfeifer).<br />
In periodisch überfluteten<br />
Tümpeln leben und laichen v<strong>ie</strong>le Amphib<strong>ie</strong>narten<br />
(z.B. Gelbbauchunke, Laubfrosch,<br />
Alpenkammmolch). In der Weichholzaue<br />
wachsen strauch- bis baumhohe<br />
Weidengewächse und Schwarzpappeln,<br />
auf d<strong>ie</strong> einige seltene Schmetterlingsarten,<br />
w<strong>ie</strong> der Kleine Schillerfalter, angew<strong>ie</strong>sen<br />
sind. D<strong>ie</strong> Hartholzaue, d<strong>ie</strong> seltener<br />
überflutet wird, beherbergt Baumarten<br />
w<strong>ie</strong> St<strong>ie</strong>leiche, Bergulme und Esche<br />
sow<strong>ie</strong> v<strong>ie</strong>le Vögel (Kuckuck, Gelbspötter,<br />
Baumfalke).<br />
tigungen zählen d<strong>ie</strong> Begradigung von<br />
<strong>Flu</strong>ssabschnitten, d<strong>ie</strong> Kanalis<strong>ie</strong>rung von<br />
Flüssen, d<strong>ie</strong> Verbauung der Uferzone und<br />
der Sohle, d<strong>ie</strong> Veränderung des hydrologischen<br />
Regimes durch Wasserkraftwerke,<br />
d<strong>ie</strong> Fragment<strong>ie</strong>rung des Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässers<br />
durch Abstürze und Stauungen,<br />
sow<strong>ie</strong> der K<strong>ie</strong>sabbau (Naiman, Decamps<br />
& McClain, 2005).<br />
<strong>Flu</strong>ssbegradigungen führen zu<br />
einer dramatischen Reduktion der Wassert<strong>ie</strong>fenvariabilität<br />
und somit auch zu einer<br />
starken Veränderung der hydraulischen<br />
Verhältnisse im <strong>Flu</strong>ssprofil. <strong>Flu</strong>ssstrecken<br />
mit v<strong>ie</strong>lfältigen Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>eschwindigkeiten<br />
– eine Grundvoraussetzung für das Vor-<br />
kommen von Arten mit untersch<strong>ie</strong>dlichen<br />
Habitatansprüchen – sind monotonen, kanalis<strong>ie</strong>rten<br />
Strecken gewichen, d<strong>ie</strong> nur für<br />
Arten geeignet sind, d<strong>ie</strong> mit schnellen Strömungsverhältnissen<br />
auskommen.<br />
D<strong>ie</strong> Abholzung der Ufervegetation<br />
elimin<strong>ie</strong>rt den Laubeintrag, der d<strong>ie</strong> Nahrungsbasis<br />
für v<strong>ie</strong>le aquatische Wirbellose<br />
l<strong>ie</strong>fert. D<strong>ie</strong> Abholzung ist oft auch Ursache<br />
für unerwünschten Sedimenteintrag vom<br />
Ufer und den uml<strong>ie</strong>genden Bereichen.<br />
Das Fehlen natürlicher Vegetation und Beschattung<br />
beeinflusst d<strong>ie</strong> Wassertemperatur<br />
und somit auch den Sauerstoffgehalt<br />
des Wassers, besonders in kleinen, normalerweise<br />
bewaldeten Bächen.<br />
Auch Änderungen des hydrologischen<br />
Regimes haben grav<strong>ie</strong>rende<br />
Auswirkungen auf d<strong>ie</strong> aquatischen und<br />
terres trischen Lebensräume der Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer.<br />
In Restwasserstrecken und unterhalb<br />
von Staudämmen ist der Abfluss<br />
oftmals stark reduz<strong>ie</strong>rt und d<strong>ie</strong> natürliche<br />
Hochwasserdynamik unterbrochen. D<strong>ie</strong>s<br />
führt zum Verschwinden v<strong>ie</strong>ler Habitate, so<br />
etwa von K<strong>ie</strong>sbänken mit versch<strong>ie</strong>denen<br />
Sukzessionsstad<strong>ie</strong>n der Vegetation, d<strong>ie</strong><br />
auf regelmässige, bettumlagernde Hochwasser<br />
zwingend angew<strong>ie</strong>sen sind.<br />
Zudem sind v<strong>ie</strong>le Schweizer Flüsse durch<br />
unnatürliche, tägliche und oft sehr starke<br />
Abflussschwankungen (Schwall-Sunk)<br />
beeinträchtigt, d<strong>ie</strong> durch den Betr<strong>ie</strong>b von<br />
Wasserkraftwerken verursacht werden.<br />
Beim Schwall, dem schnellen Anst<strong>ie</strong>g<br />
des Abflusses, kommt es zum Wegspülen<br />
(sogenannte Katastrophendrift) von<br />
aquatischen Wirbellosen und Jungfischen<br />
(Moog, 1993). Bei Sunk, dem raschen Absinken<br />
des Abflusses, kommt es hingegen<br />
zum Stranden von aquatischen Organis-<br />
men (Salveit et al., 2001). Solche vom Menschen<br />
verursachte Veränderungen des<br />
hydrologischen Regimes beeinträchtigen<br />
auch d<strong>ie</strong> Fortpflanzung und somit d<strong>ie</strong> Erhaltung<br />
v<strong>ie</strong>ler aquatischer Arten massiv.<br />
4. Welche Biodiversität ist<br />
erstrebenswert bei Revitalis<strong>ie</strong>rungsprojekten?<br />
Bei Revitalis<strong>ie</strong>rungen geht es nicht primär<br />
darum, hohe Artenzahlen zu erz<strong>ie</strong>len, sondern<br />
v<strong>ie</strong>lmehr, ökologische Funktionen<br />
der Gewässer w<strong>ie</strong>derherzustellen und<br />
eine W<strong>ie</strong>derbes<strong>ie</strong>dlung ehemals monotoner<br />
<strong>Flu</strong>ssabschnitte durch d<strong>ie</strong> charakteristischen<br />
Arten der Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer zu<br />
ermöglichen. Unter d<strong>ie</strong>sen Z<strong>ie</strong>larten befinden<br />
sich hoch spezialis<strong>ie</strong>rte und seltene<br />
Arten mit untersch<strong>ie</strong>dlichsten Habitatansprüchen.<br />
V<strong>ie</strong>le d<strong>ie</strong>ser Arten erfüllen wichtige<br />
ökologische Schlüsselfunktionen (z.B.<br />
der landschaftsgestaltende Biber, d<strong>ie</strong> k<strong>ie</strong>sbankbefestigende<br />
Tamariske oder aquatische<br />
Insekten, von denen sich Fische und<br />
terrestrische Räuber ernähren).<br />
Um den Einfluss einer Reihe von<br />
Habitatfaktoren auf einzelne Arten sow<strong>ie</strong><br />
auf ganze Lebensgemeinschaften und<br />
somit auch auf d<strong>ie</strong> Biodiversität allgemein<br />
zu erläutern, werden h<strong>ie</strong>r v<strong>ie</strong>r Fallstud<strong>ie</strong>n<br />
aus dem Projekt «Integrales <strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement»<br />
präsent<strong>ie</strong>rt.<br />
5. Fallstud<strong>ie</strong> 1: W<strong>ie</strong> hängt d<strong>ie</strong><br />
V<strong>ie</strong>lfalt des Makrozoobenthos<br />
mit der <strong>Flu</strong>ssmorpholog<strong>ie</strong><br />
zusammen?<br />
D<strong>ie</strong> Habitatv<strong>ie</strong>lfalt gilt als eine der wichtigsten<br />
Voraussetzungen für d<strong>ie</strong> Entwicklung<br />
und Erhaltung artenreicher Lebensgemeinschaften<br />
(Jungwirth et al., 2003).<br />
Bild 1. V<strong>ie</strong>lfalt der Lebensräume und Überschwemmungsdynamik einer natürlichen<br />
<strong>Flu</strong>ssaue.<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 217<br />
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement<br />
Bild 2. Ausgewählte abiotische Indikatoren zum <strong>Flu</strong>sszustand (a) nach Woolsey et al. (2005) und d<strong>ie</strong> Artenv<strong>ie</strong>lfalt des Makrozoobenthos<br />
(b) an der Bünz (AG) und Sense (BE/FR). D<strong>ie</strong> Skala reicht von 0 bis 1, wobei 1 für d<strong>ie</strong> abiotischen Indikatoren ein natürliches<br />
<strong>Flu</strong>sssystem bezeichnet (oben) und für das Makrozoobenthos d<strong>ie</strong> höchstmög liche Diversität anzeigt.<br />
Bild 3a. Lebenszyklus einer Eintagsfl<strong>ie</strong>ge<br />
gemäss Studemann et al. (1992).<br />
Bild 3b. Eiablage von Eintagsfl<strong>ie</strong>gen der Famil<strong>ie</strong> Baetidae gemäss Encalada & Peckarsky<br />
(2007). Nach dem Landen auf einem aus dem Wasser herausragendem Stein kr<strong>ie</strong>chen<br />
d<strong>ie</strong> Weibchen unter Wasser und heften ihre Eimassen auf der Steinunterseite an.<br />
218 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
V<strong>ie</strong>le <strong>Flu</strong>ssrevitalis<strong>ie</strong>rungen wurden bis<br />
heute unter der Annahme durchgeführt,<br />
dass d<strong>ie</strong> W<strong>ie</strong>derherstellung einer heterogenen,<br />
naturnahen <strong>Flu</strong>ssmorpholog<strong>ie</strong> zu<br />
einem besseren ökologischen Zustand<br />
mit reicheren Lebensgemeinschaften führt<br />
(Palmer et al., 2010). Um den Zusammenhang<br />
zwischen morphologischer V<strong>ie</strong>lfalt<br />
und Artenv<strong>ie</strong>lfalt zu untersuchen, wurden<br />
in den Jahren 2008–2009 zwei Fallstud<strong>ie</strong>n<br />
durchgeführt (Herzog, 2010, Staeheli,<br />
2008). Dafür wurden zwei Schweizer<br />
Flüsse (Bünz und Sense) ausgewählt, d<strong>ie</strong><br />
Abschnitte mit sehr untersch<strong>ie</strong>dlicher Morpholog<strong>ie</strong><br />
aufweisen.<br />
D<strong>ie</strong> Bünz (AG) ist ein Mittellandfluss,<br />
der durch eine landwirtschaftlich<br />
stark genutzte Gegend fl<strong>ie</strong>sst und vor<br />
etwa 100 Jahren zu einem grossen Teil<br />
begradigt und kanalis<strong>ie</strong>rt wurde (Burger,<br />
2007). Nur noch wenige Strecken haben<br />
eine naturnahe Morpholog<strong>ie</strong> beibehalten.<br />
Dafür weist d<strong>ie</strong> Bünz bei Möriken eine<br />
breite, durch K<strong>ie</strong>sbänke geprägte Aue<br />
von nationaler Bedeutung auf, d<strong>ie</strong> infolge<br />
eines 100-jährigen Hochwassers natürlich<br />
entstanden ist. Im Oberlauf der Bünz<br />
sind in den letzten Jahren durch mehrere<br />
<strong>Flu</strong>ssrevitalis<strong>ie</strong>rungen weitere morphologisch<br />
v<strong>ie</strong>lfältige Strecken entstanden. D<strong>ie</strong><br />
Sense (BE/FR) hingegen ist ein voralpiner<br />
<strong>Flu</strong>ss, dessen natürliche Morpholog<strong>ie</strong> im<br />
ganzen Oberlauf erhalten ist. Nur im Unterlauf<br />
wurde das <strong>Flu</strong>ssufer bei Mittelhäusern<br />
durch Blockwürfe befestigt, und unterhalb<br />
von Thörishaus ist der <strong>Flu</strong>sslauf begradigt<br />
worden. In v<strong>ie</strong>r bis fünf Abschnitten beider<br />
Flüsse wurde neben der Morpholog<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong><br />
Artenv<strong>ie</strong>lfalt vom Makrozoobenthos untersucht.<br />
Um den morphologischen Zustand<br />
jeder Strecke zu charakteris<strong>ie</strong>ren,<br />
wurden folgende Standardindikatoren<br />
aus dem Handbuch für Erfolgskontrolle<br />
verwendet (Woolsey et al., 2005): Wassersp<strong>ie</strong>gelbreitenvariabilität<br />
(Indikator<br />
14), Korngrössenverteilung des Substrats<br />
Makrozoobenthos<br />
Sammelbezeichnung für T<strong>ie</strong>re, d<strong>ie</strong> den<br />
Gewässerboden bewohnen und zumindest<br />
in einem Lebensstadium mit<br />
fre<strong>ie</strong>m Auge sichtbar sind (nach Jungwirth<br />
et al., 2003).<br />
Wegen ihrer Empfindlichkeit gegenüber<br />
v<strong>ie</strong>len anthropogenen Stressoren<br />
(Versauerung, organische Belastung,<br />
Schwallereignisse) und ihrer einfachen<br />
Beprobung werden d<strong>ie</strong> Arten des Makrozoobenthos<br />
oft als Bioindikatoren<br />
für Bewertung der Gewässergüte verwendet<br />
(Jungwirth et al., 2003).<br />
(Indikator 35), Sohlenstruktur (Indikator<br />
36), Verbauungsgrad und -art der Sohle<br />
(Indikator 37), Breite und Beschaffenheit<br />
des Uferbereichs (Indikator 42). Für d<strong>ie</strong><br />
Bewertung der V<strong>ie</strong>lfalt des Makrozoobenthos<br />
wurde der Simpson-Index, ein Standardindex<br />
für Diversität, kalkul<strong>ie</strong>rt.<br />
In Bezug auf alle morphologischen<br />
Indikatoren (ausser Indikator 37 an der<br />
Sense) gab es beträchtliche Untersch<strong>ie</strong>de<br />
zwischen den morphologisch v<strong>ie</strong>lfältigen<br />
und monotonen Abschnitten (Bild 2a). Es<br />
konnte jedoch kein Zusammenhang der<br />
Artenv<strong>ie</strong>lfalt des Makrozoobenthos mit<br />
der <strong>Flu</strong>ssmorpholog<strong>ie</strong> gezeigt werden<br />
(Bild 2b). So war zum Beisp<strong>ie</strong>l d<strong>ie</strong> Diversität<br />
des Makrozoobenthos in der kanalis<strong>ie</strong>rten<br />
Strecke in der Bünz vergleichbar<br />
mit jener in der Aue bei Möriken.<br />
Solche Diskrepanzen zwischen<br />
morphologischer V<strong>ie</strong>lfalt und Artenv<strong>ie</strong>lfalt<br />
wurden schon in anderen Stud<strong>ie</strong>n gezeigt<br />
(Palmer 2010, Jaehnig et al., 2010).<br />
D<strong>ie</strong> Ergebnisse lassen jedoch nicht d<strong>ie</strong><br />
Schlussfolgerung zu, dass Revitalis<strong>ie</strong>rungen<br />
im Sinne von W<strong>ie</strong>derherstellung<br />
morphologischer Diversität der Erhöhung<br />
lokaler Artenv<strong>ie</strong>lfalt nicht d<strong>ie</strong>nen. V<strong>ie</strong>lmehr<br />
Bild 4a. Backstein-Experiment in der Bünz.<br />
deuten s<strong>ie</strong> darauf hin, dass noch weitere<br />
Faktoren eine wichtige Rolle sp<strong>ie</strong>len und in<br />
d<strong>ie</strong> Stud<strong>ie</strong>n und Massnahmenplanung miteinbezogen<br />
werden sollen (Palmer, 2010).<br />
D<strong>ie</strong>se Faktoren können positive Auswirkungen<br />
der morphologischen Verbesserungen<br />
auf aquatische Arten überlagern. In<br />
den beiden vorgestellten Fallstud<strong>ie</strong>n gibt<br />
es Anzeichen für solche überlagernden<br />
Effekte. In der Bünz könnten Wasserqualität<br />
und künstliche Abflussschwankungen<br />
d<strong>ie</strong> ausschlaggebende Rolle sp<strong>ie</strong>len. Seit<br />
Jahrzehnten wurde der <strong>Flu</strong>ss durch intensive<br />
Landwirtschaft, Einleitung von Abwässern<br />
durch mehrere Abwasserreinigungsanglagen,<br />
chemische Industr<strong>ie</strong> und<br />
dichte Bes<strong>ie</strong>dlung belastet (Burger, 2007).<br />
D<strong>ie</strong>se Belastung ist erst kürzlich etwas<br />
zurückgegangen. Zusätzlich sind d<strong>ie</strong> untersten<br />
drei Strecken (Bild 2 kanalis<strong>ie</strong>rt,<br />
naturnah und Bünzaue) von einer kleinen<br />
Wasserkraftanlage in Dottikon (T<strong>ie</strong>ffuhrtmühle)<br />
beeinflusst. Es ist bekannt,<br />
dass das Makrozoobenthos empfindlich<br />
gegenüber Veränderungen von Wasserqualität<br />
und hydrologischem Regime ist<br />
(Jungwirth, 2003). Somit könnten Defizite<br />
in d<strong>ie</strong>sen Lebensraumfaktoren d<strong>ie</strong> Ursa-<br />
Bild 4b. Eimassen von (Hydropsyche spp.), einer weitverbreiteten Köcherfl<strong>ie</strong>ge.<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 219<br />
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement<br />
che für d<strong>ie</strong> Ähnlichkeit in der V<strong>ie</strong>lfalt des<br />
Makrozoobenthos trotz beträchtlichen<br />
morphologischen Untersch<strong>ie</strong>den zwischen<br />
den Strecken an der Bünz sein. Im<br />
Vergleich zur Bünz ist d<strong>ie</strong> Belastung der<br />
Sense durch Landwirtschaft, S<strong>ie</strong>dlungen<br />
und Abwassereinleitungen (besonders im<br />
Oberlauf) sehr gering und das Abflussregime<br />
ist natürlich. Auch das Ausmass der<br />
<strong>Flu</strong>ssverbauungen im Unterlauf der Sense<br />
ist weniger dramatisch als in der Bünz. So<br />
ist beisp<strong>ie</strong>lsweise d<strong>ie</strong> Sohle immer noch<br />
weitgehend unverbaut (Bild 2a). Der gute<br />
ökologische Zustand der Sense im Oberlauf<br />
könnte eine positive Auswirkung<br />
auf d<strong>ie</strong> Artenzahl im verbauten Unterlauf<br />
haben, deren Lage im <strong>Flu</strong>ssnetzwerk es<br />
erlaubt, von der passiven Ausbreitung der<br />
Organismen aus den natürlichen Strecken<br />
im Oberlauf zu profit<strong>ie</strong>ren.<br />
Schlussfolgerungen:<br />
Eine W<strong>ie</strong>derherstellung der hydraulisch-<br />
morphologischen V<strong>ie</strong>lfalt kann in Flüssen<br />
mit Belastungen in Bezug auf Wasserqualität<br />
und Hydrolog<strong>ie</strong> für d<strong>ie</strong> Förderung der<br />
Artenv<strong>ie</strong>lfalt nicht ausreichend sein.<br />
Bei der Planung der Revitalis<strong>ie</strong>rungsmassnahmen<br />
ist d<strong>ie</strong> Lage der Strecke<br />
im <strong>Flu</strong>ss relativ zur Lage von Quellpopulationen<br />
vordergründig zu berücksichtigen.<br />
Strecken unterhalb intakter <strong>Flu</strong>ssabschnitte<br />
können positiv beeinflusst werden<br />
und eine ähnlich hohe Biodiversität w<strong>ie</strong> natürliche<br />
Abschnitte aufweisen. Solange d<strong>ie</strong><br />
Beeinträchtigung der Lebensräume nicht<br />
grav<strong>ie</strong>rend ist, kann d<strong>ie</strong>ser positive Effekt<br />
der Lage im <strong>Flu</strong>ss bestimmte lokale Defizite<br />
kompens<strong>ie</strong>ren.<br />
D<strong>ie</strong> benthischen Makroinvertebraten<br />
reag<strong>ie</strong>ren nicht gleich auf alle Aspekte<br />
der <strong>Flu</strong>ssmorpholog<strong>ie</strong> bzw. der Verbauungen.<br />
Der Einbezug weiterer Organismengruppen<br />
(beisp<strong>ie</strong>lsweise Fische) wäre<br />
hilfreich für ein besseres Verständnis der<br />
Bild 5. Genetische V<strong>ie</strong>lfalt (ausgedrückt als Allelv<strong>ie</strong>lfalt) von Populationen des Bachflohkrebses<br />
(Gammarus fossarum) und der Eintagsfl<strong>ie</strong>ge (Baetis rhodani) an der<br />
Sense in Abhängigkeit von der Lage im <strong>Flu</strong>sssystem (ausgedrückt als Distanz zur<br />
Einmündung in d<strong>ie</strong> Saane).<br />
Zusammenhänge zwischen Habitat- und<br />
Artenv<strong>ie</strong>lfalt.<br />
6. Fallstud<strong>ie</strong> 2: Untersch<strong>ie</strong>dliche<br />
Lebensphasen –<br />
untersch<strong>ie</strong>dliche Habitate<br />
Zur Aufrechterhaltung der Artenv<strong>ie</strong>lfalt in<br />
einem <strong>Flu</strong>ss gilt es zu berücksichtigen,<br />
dass v<strong>ie</strong>le Arten im Verlauf ihrer Lebensphasen<br />
untersch<strong>ie</strong>dliche Ansprüche an<br />
ihre Lebensräume stellen. Spez<strong>ie</strong>ll trifft<br />
das für Organismen mit komplexen Lebenszyklen<br />
zu – w<strong>ie</strong> zum Beisp<strong>ie</strong>l Amphib<strong>ie</strong>n<br />
und aquatische Insekten, d<strong>ie</strong> einen<br />
Teil ihres Lebens im Wasser und einen<br />
Teil in terrestrischen Lebensräumen verbringen.<br />
Bei aquatischen Insekten ist d<strong>ie</strong><br />
geflügelte Adultphase auf dem Land sehr<br />
kurz (Bild 3a) – bei v<strong>ie</strong>len Arten dauert s<strong>ie</strong><br />
nur wenige Tage oder Stunden. Trotzdem<br />
sp<strong>ie</strong>len d<strong>ie</strong> Habitatsansprüche adulter Insekten<br />
eine entscheidende Rolle für d<strong>ie</strong><br />
Erhaltung der Populationen, da in d<strong>ie</strong>ser<br />
Lebensphase ihre Fortpflanzung stattfindet.<br />
Ein Schlüsselereignis stellt dabei d<strong>ie</strong><br />
Eiablage dar. V<strong>ie</strong>le aquatische Insekten<br />
sind an ihre Lebensräume spez<strong>ie</strong>ll angepasst<br />
und legen ihre E<strong>ie</strong>r nur auf einem bestimmten<br />
Substrattyp ab (z.B. Holz, Wasserpflanzen<br />
oder Steine; Reich & Downes,<br />
2003). Dabei sp<strong>ie</strong>lt nicht nur d<strong>ie</strong> Verfügbarkeit<br />
d<strong>ie</strong>ser Strukturen eine Rolle, sondern<br />
auch ihre Lage über oder unter dem Wasser.<br />
Adultt<strong>ie</strong>re mancher Insektenarten sind<br />
nicht fähig zu tauchen und brauchen aus<br />
dem Wasser herausragenden Substrate<br />
zur Landung (Bild 3b; Peckarsky, Taylor &<br />
Caudill, 2000). Für den Erfolg der Eiablage<br />
und somit für d<strong>ie</strong> Reproduktion solcher<br />
Arten sp<strong>ie</strong>len der Wasserstand und d<strong>ie</strong> lokale<br />
Wassert<strong>ie</strong>fenvariabilität eine wichtige<br />
Rolle.<br />
Um d<strong>ie</strong> Auswirkungen von <strong>Flu</strong>ssverbauungen<br />
auf d<strong>ie</strong> Eiablage von Insekten<br />
zu untersuchen, wurde in zwei Schweizer<br />
Mittellandflüssen, Bünz (AG) und Reppisch<br />
(ZH), im Jahr 2008 ein Experiment<br />
durchgeführt. In beiden Flüssen wurden in<br />
drei Abschnitten mit sehr untersch<strong>ie</strong>dlicher<br />
Morpholog<strong>ie</strong> («naturnah», «kanalis<strong>ie</strong>rt»<br />
und «kürzlich revitalis<strong>ie</strong>rt») Backsteine eingesetzt<br />
(Bild 4a). D<strong>ie</strong>se Backsteine stellten<br />
zusätzliche Substrate für Invertebraten<br />
dar, d<strong>ie</strong> ihre Eimassen auf Steinoberflächen<br />
anheften; s<strong>ie</strong> ragten bei den meisten<br />
Abflussverhältnissen aus dem Wasser. D<strong>ie</strong><br />
Eiablage auf d<strong>ie</strong>sen Backsteinen und auf<br />
den natürlich vorhandenen Steinen wurde<br />
über den ganzen Sommer verfolgt. Über<br />
10 versch<strong>ie</strong>dene Insektengattungen (z.B.<br />
Hydropsyche, Hydroptila, Baetis, Bezzia)<br />
und andere Wirbellose (Hundeegel, Mol-<br />
220 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Bild 6. Simulation von K<strong>ie</strong>sbanküberflutungen bei versch<strong>ie</strong>denen Abflussverhältnissen<br />
an der Senseaue bei Plaffe<strong>ie</strong>n.<br />
lusken, räuberische Plattwürmer) haben<br />
ihre Eimassen an den untergetauchten<br />
Flächen der Steine und Backsteine angeheftet<br />
(Bild 4b).<br />
D<strong>ie</strong> Ergebnisse zeigten, dass eine<br />
geringe Verfügbarkeit von Ablageflächen<br />
(z.B. in der Bünz in t<strong>ie</strong>feren Strecken mit<br />
wenigen grossen Steinen) d<strong>ie</strong> Fortpflanzungsmöglichkeiten<br />
für d<strong>ie</strong> untersuchten<br />
Eintags- und Köcherfl<strong>ie</strong>genarten stark einschränkte.<br />
Zudem zeigte ein Vergleich zwischen<br />
der Reppisch und der Bünz, dass<br />
auch das Abflussregime, ein regionaler<br />
Faktor, Einfluss auf eine erfolgreiche Eiablage<br />
hatte. In der Bünz, d<strong>ie</strong> im Gegensatz<br />
zur Reppisch durch starke Abfluss-<br />
schwankungen charakteris<strong>ie</strong>rt ist, beeinflusste<br />
der Anst<strong>ie</strong>g des Wasserstandes<br />
d<strong>ie</strong> Eimassendichte aller untersuchten<br />
Arten negativ. Rasche, durch Spülungen<br />
des Staubeckens der T<strong>ie</strong>ffurtmühle verursachte<br />
Erhöhungen des Abflusses könnten<br />
den Eintauchgrad der Steine steigern und<br />
somit ihre Verfügbarkeit für adulte aquatische<br />
Insekten verringern. Abflusserhöhungen<br />
können aber auch als allgemeiner<br />
Stressfaktor (z.B. physischer Stress durch<br />
zu hohe Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>eschwindigkeiten) d<strong>ie</strong> Eiablage<br />
von allen aquatischen Invertebraten<br />
verhindern. Bei der Reppisch, d<strong>ie</strong> von<br />
keinen schwallähnlichen Schwankungen<br />
beeinflusst wird, konnte kein Effekt des<br />
Wasserstandes auf d<strong>ie</strong> Eimassendichte<br />
festgestellt werden.<br />
Schlussfolgerung:<br />
D<strong>ie</strong> Verfügbarkeit geeigneter Substrate<br />
für d<strong>ie</strong> Eiablage kann für eine W<strong>ie</strong>derbes<strong>ie</strong>dlung<br />
von Lebensräumen durch aquatische<br />
Insekten sehr wichtig sein. Damit d<strong>ie</strong><br />
erfolgreiche Eiablage und somit auch d<strong>ie</strong><br />
W<strong>ie</strong>derbes<strong>ie</strong>dlung revitalis<strong>ie</strong>rter Strecken<br />
durch aquatische Wirbellose (insbesondere<br />
Insekten) gewährleistet ist, sollten<br />
lokale Faktoren (Zusammensetzung des<br />
Substrates, mittlere T<strong>ie</strong>fe und T<strong>ie</strong>fenvariabilität)<br />
und regionale Faktoren (Abflussregime)<br />
berücksichtigt werden. D<strong>ie</strong> Verfügbarkeit<br />
grosser, aus dem Wasser ragender<br />
Steine kann d<strong>ie</strong> Eiablage v<strong>ie</strong>ler Insektenarten<br />
lokal fördern.<br />
7. Fallstud<strong>ie</strong> 3. D<strong>ie</strong> Rolle der<br />
Ausbreitungskapazität für<br />
genetische V<strong>ie</strong>lfalt<br />
D<strong>ie</strong> genetische V<strong>ie</strong>lfalt von Populationen<br />
hängt mit ihrer Grösse und ihrer Vernetzung<br />
mit anderen Populationen zusammen. Das<br />
Schrumpfen und d<strong>ie</strong> Isol<strong>ie</strong>rung von Populationen<br />
führen oft zu einer starken genetischen<br />
Verarmung. In einer Stud<strong>ie</strong> an der<br />
Sense (BE/FR) wurden genetische Marker<br />
verwendet, um d<strong>ie</strong> genetische V<strong>ie</strong>lfalt von<br />
zwei aquatischen Makrozoobenthosarten<br />
mit sehr untersch<strong>ie</strong>dlicher Ausbreitungskapazität<br />
zu untersuchen und zu vergleichen.<br />
Der Bachflohkrebs (Gammarus<br />
fossarum) ist eine Art mit geringerer Ausbreitungsfähigkeit<br />
und hoher Habitatspezialis<strong>ie</strong>rung.<br />
Bachflohkrebse können sich<br />
nur im Wasser durch Kr<strong>ie</strong>chen oder passive<br />
Drift flussabwärts ausbreiten. In der<br />
Sense wurde d<strong>ie</strong>se Art vor allem in Zuflüssen<br />
mit hohem Laubeinfall gefunden. D<strong>ie</strong><br />
Eintagsfl<strong>ie</strong>ge Baetis rhodani dagegen hat<br />
eine geflügelte Adultphase, d<strong>ie</strong> es ihr erlaubt,<br />
sich auch über Land und über Barr<strong>ie</strong>ren<br />
im <strong>Flu</strong>ss auszubreiten. Ausserdem<br />
hat d<strong>ie</strong>se Eintagsfl<strong>ie</strong>ge im Gegensatz zum<br />
Bachflohkrebs keine strenge Habitatsspezialis<strong>ie</strong>rung<br />
und kommt in den Zuflüssen<br />
sow<strong>ie</strong> im Mittellauf der Sense vor. Mehrere<br />
Populationen jeder Art wurden im Einzugsgeb<strong>ie</strong>t<br />
der Sense beprobt. Mit Hilfe der<br />
Mikrosatellitenanalyse wurden d<strong>ie</strong> genetische<br />
V<strong>ie</strong>lfalt und d<strong>ie</strong> Differenz<strong>ie</strong>rung jeder<br />
Population bestimmt.<br />
D<strong>ie</strong> Ergebnisse zeigten, dass d<strong>ie</strong><br />
genetische V<strong>ie</strong>lfalt des Bachflohkrebses<br />
von der Lage der Population im <strong>Flu</strong>ssnetzwerk<br />
abhängig war und sich flussabwärts<br />
erhöhte (Bild 5a). Je näher d<strong>ie</strong> Populationen<br />
zur Einmündung der Sense in<br />
d<strong>ie</strong> Saane lagen (und damit je höher d<strong>ie</strong><br />
Vernetzung mit anderen Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässern)<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 221<br />
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement<br />
desto höher war d<strong>ie</strong> genetische V<strong>ie</strong>lfalt des<br />
Bachflohkrebs. D<strong>ie</strong> Populationen im Oberlauf<br />
der Sense w<strong>ie</strong>sen dagegen eine n<strong>ie</strong>drige<br />
genetische V<strong>ie</strong>lfalt auf (Bild 5a). D<strong>ie</strong>ses<br />
Ergebnis weist darauf hin, dass Bachflohkrebse<br />
sich überw<strong>ie</strong>gend flussabwärts bewegen,<br />
was wahrscheinlich mit einer eher<br />
geringen aktiven Ausbreitungsfähigkeit<br />
zusammenhängt. D<strong>ie</strong> genetisch ver armten<br />
Populationen der Bachflohkrebse in den<br />
Oberläufen sind sehr wahrscheinlich gegenüber<br />
Störungen empfindlicher als Populationen<br />
im Unterlauf.<br />
Für d<strong>ie</strong> Eintagsfl<strong>ie</strong>ge wurde hingegen<br />
keine Abnahme der genetischen<br />
V<strong>ie</strong>lfalt mit der Entfernung zur <strong>Flu</strong>ssmündung<br />
gefunden (Bild 5b). D<strong>ie</strong>ses Ergebnis<br />
ist höchstwahrscheinlich durch eine hohe<br />
Ausbreitungsfähigkeit von Baetis rhodani<br />
bedingt, d<strong>ie</strong> zu einer hohen genetischen<br />
Austauschrate zwischen Populationen<br />
und gleichmässig ausgeprägter hoher genetischen<br />
V<strong>ie</strong>lfalt führt.<br />
Schlussfolgerung:<br />
Bei Arten mit schwacher Ausbreitungsfähigkeit<br />
ist d<strong>ie</strong> Lage der Populationen im<br />
<strong>Flu</strong>ssnetzwerk für ihre genetische V<strong>ie</strong>lfalt<br />
und somit für d<strong>ie</strong> Resistenz gegenüber<br />
Störungen ausschlaggebend. Lebensräume<br />
flussabwärts von grossen Populationen<br />
haben somit d<strong>ie</strong> höchste Wahrscheinlichkeit,<br />
von d<strong>ie</strong>sen Arten bes<strong>ie</strong>delt<br />
zu werden und stabile, adaptationsfähige<br />
Populationen zu erhalten.<br />
8. Fallstud<strong>ie</strong> 4: Welche Rolle<br />
sp<strong>ie</strong>len <strong>Flu</strong>ssdynamik und<br />
Gesch<strong>ie</strong>betransport für d<strong>ie</strong><br />
Tamariske?<br />
Eine wichtige Eigenschaft der <strong>Flu</strong>sslebensräume<br />
ist ihre Dynamik. Saisonale<br />
Schwankungen des Abflusses, des Gesch<strong>ie</strong>betransports<br />
und der Wassertemperatur<br />
sind typisch für naturnahe Flüsse. D<strong>ie</strong><br />
natürliche <strong>Flu</strong>ssdynamik ist entscheidend<br />
für d<strong>ie</strong> Erhaltung und Förderung versch<strong>ie</strong>dener<br />
Lebensräume und deren Vernetzung.<br />
Für terrestrische, flussbegleitende<br />
Arten ist zum Beisp<strong>ie</strong>l d<strong>ie</strong> W<strong>ie</strong>derkehrzeit<br />
der Hochwasser ma<strong>ssg</strong>eblich. D<strong>ie</strong> W<strong>ie</strong>derkehrzeit<br />
der grossen, k<strong>ie</strong>sbankumlagernden<br />
Hochwasser bestimmt das<br />
Sukzessionsstadium der Vegetation von<br />
K<strong>ie</strong>sbänken und Auenbereichen. Vor allem<br />
konkurrenzschwache, flussbegleitende<br />
Pflanzenarten benötigen Pion<strong>ie</strong>rstandorte<br />
zur Keimung ihrer Samen und zur erfolgreichen<br />
Etabl<strong>ie</strong>rung von Jungpflanzen.<br />
An der Sense (BE/FR) wurde d<strong>ie</strong><br />
Überschwemmungsdynamik von K<strong>ie</strong>sbänken<br />
untersucht, um d<strong>ie</strong> von der Deutschen<br />
Tamariske (Myricaria germanica) bes<strong>ie</strong>del-<br />
ten Habitate hydrologisch zu charakteris<strong>ie</strong>ren<br />
(Gostner et al., 2010). D<strong>ie</strong> Sense im<br />
Untersuchungsabschnitt bei Plaffe<strong>ie</strong>n ist<br />
durch eine vollkommen naturbelassene<br />
Morpholog<strong>ie</strong> und unbeeinflusste hydrologisches<br />
Regime und Gesch<strong>ie</strong>behaushalt<br />
geprägt. D<strong>ie</strong> relativ zum Hauptarm auf versch<strong>ie</strong>denen<br />
Höhen gelegenen K<strong>ie</strong>sbänke<br />
werden mit untersch<strong>ie</strong>dlicher Frequenz<br />
überflutet und weisen untersch<strong>ie</strong>dliche Vegetationstypen<br />
und -dichten auf: (i) K<strong>ie</strong>sbänke<br />
mit häufiger Überflutungsfrequenz<br />
und spärlichem Bewuchs, (ii) K<strong>ie</strong>sbänke<br />
mit mittlerer Überflutungsfrequenz und<br />
Vorhandensein von spez<strong>ie</strong>llen Arten w<strong>ie</strong><br />
z.B. der Deutschen Tamariske, (iii) K<strong>ie</strong>sbänke<br />
mit seltener Überflutungsfrequenz<br />
und einer für Auenwälder typischen Vegetation.<br />
In der folgenden wasserbaulichen<br />
Stud<strong>ie</strong> wurde numerische Modell<strong>ie</strong>rung<br />
angewendet, um d<strong>ie</strong> W<strong>ie</strong>derkehrdauer<br />
feststellen zu können, mit welcher d<strong>ie</strong> einzelnen<br />
K<strong>ie</strong>sbanktypen überflutet werden.<br />
Durch d<strong>ie</strong> Gegenüberstellung der Zeitser<strong>ie</strong>n<br />
versch<strong>ie</strong>dener Abflussmessstationen<br />
im Einzugsgeb<strong>ie</strong>t und eine daraus abgeleitete<br />
Interpolationsfunktion für den Untersuchungsabschnitt<br />
wurde eine Abflussdauerkurve<br />
konstru<strong>ie</strong>rt. Vor Ort wurden d<strong>ie</strong><br />
genaue Geländetopograph<strong>ie</strong> unter Einbez<strong>ie</strong>hung<br />
aller Bruchkanten und entlang von<br />
19 Querprofilen d<strong>ie</strong> Charakteristiken des<br />
Sohlesubstrates (Pebble-Count-Methode<br />
nach Wolman, 1954) erhoben. Mithilfe des<br />
numerischen Modells FLUMEN (Beffa,<br />
2004) wurde eine zweidimensionale, stationäre<br />
Modell<strong>ie</strong>rung unter Annahme einer<br />
fixen Sohle durchgeführt. Für d<strong>ie</strong> Eichung<br />
des Models wurden zwei Typen von Daten<br />
verwendet:<br />
Abflusst<strong>ie</strong>fen und -geschwindigkeiten,<br />
welche vor Ort erhoben wurden<br />
Abflusst<strong>ie</strong>fen bei bordvollem Abfluss,<br />
welcher in verzweigten Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässertypen<br />
mit einer W<strong>ie</strong>derkehrzeit von<br />
zwei bis s<strong>ie</strong>ben Jahren auftritt (Kellerhals<br />
et al., 1972).<br />
D<strong>ie</strong> Ergebnisse zeigten, dass bei<br />
einem Abfluss von 75 m 3 /s, der rechnerisch<br />
einer W<strong>ie</strong>derkehrdauer von 1.3 Jahren<br />
entspricht, der Grossteil der nackten<br />
oder schwach bewachsenen K<strong>ie</strong>sbänke<br />
überflutet wird. D<strong>ie</strong> K<strong>ie</strong>sbänke mit Vorkommen<br />
der Tamariske werden mit einer<br />
W<strong>ie</strong>derkehrdauer von ca. fünf bis s<strong>ie</strong>ben<br />
Jahren überschwemmt (der Abfluss von<br />
195 m 3 /s entspricht einem etwa s<strong>ie</strong>benjährlichen<br />
Hochwasser; Bild 6). Bei d<strong>ie</strong>sen<br />
Hochwasserereignissen wird auch der<br />
bordvolle Abfluss erreicht, der zu grossräumigen<br />
Bettumlagerungen führt. Dabei<br />
erfolgt also nicht nur d<strong>ie</strong> Überflutung der<br />
K<strong>ie</strong>sbänke, sondern auch deren Mobilis<strong>ie</strong>rung<br />
und Umwälzung, wodurch anschl<strong>ie</strong>ssend<br />
eine neue Bes<strong>ie</strong>dlungsphase beginnen<br />
kann.<br />
Bei den häufiger überschwemmten<br />
K<strong>ie</strong>sbänken schaffen d<strong>ie</strong> jungen Tamariskenpflanzen<br />
es nicht, genügend starke<br />
Wurzeln zu entwickeln, um d<strong>ie</strong> Hochwasser<br />
zu überstehen. Sehr selten überflutete,<br />
höher gelegene K<strong>ie</strong>sbänke bleiben hingegen<br />
über einen langen Zeitraum stabil. Dort<br />
wird d<strong>ie</strong> Tamariske im Lauf von wenigen<br />
Jahrzehnten von konkurrenzstärkeren Gehölzarten<br />
verdrängt (Ellenberg, H., 1963).<br />
Schlussfolgerung:<br />
D<strong>ie</strong>se Stud<strong>ie</strong> l<strong>ie</strong>ferte wichtige Hinweise zur<br />
Rolle der natürlichen Abflussdynamik und<br />
des Gesch<strong>ie</strong>betransports für flussbegleitende,<br />
terrestrische Pflanzenarten. Bleiben<br />
d<strong>ie</strong> natürlichen, bettbildenden Prozesse<br />
w<strong>ie</strong> Hochwasser aus – z.B. durch<br />
Aufstauungen oder Wasserentnahmen für<br />
Wasserkraftbetr<strong>ie</strong>be – ist d<strong>ie</strong> langfristige<br />
Erhaltung von Populationen der Tamariske<br />
nicht gewährleistet. Eine Verkleinerung der<br />
Habitate mit entscheidender W<strong>ie</strong>derkehrzeit<br />
von Überflutungen und Umlagerungen<br />
kann somit zu einem Rückgang oder gar<br />
Verschwinden solcher auentypischen<br />
Arten führen.<br />
9. Schlussfolgerungen und<br />
Empfehlungen für d<strong>ie</strong> Praxis<br />
Bei der Planung und Realis<strong>ie</strong>rung<br />
von <strong>Flu</strong>ssrevitalis<strong>ie</strong>rungen braucht es<br />
einen weiten Blickwinkel, der über d<strong>ie</strong><br />
lokalen Faktoren w<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong> <strong>Flu</strong>ssmorpholog<strong>ie</strong><br />
hinausgeht. Neben lokalen<br />
sind regionale Faktoren w<strong>ie</strong> das Abflussregime<br />
oder d<strong>ie</strong> chemische Belastung<br />
des <strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong>ts für d<strong>ie</strong> Lebensräume<br />
bestimmend. Eine funktionelle<br />
Vernetzung zwischen Lebensräumen<br />
ist sehr wichtig, denn s<strong>ie</strong> bestimmt,<br />
ob sich Arten von den Quellpopulationen<br />
her ausbreiten und neue Standorte<br />
in denselben oder angrenzenden<br />
<strong>Flu</strong>sssystemen bes<strong>ie</strong>deln können. D<strong>ie</strong><br />
Lage eines <strong>Flu</strong>ssabschnittes im Gewässernetz<br />
sp<strong>ie</strong>lt für den Erfolg von<br />
Revitalis<strong>ie</strong>rungen und für d<strong>ie</strong> Erhaltung<br />
bzw. W<strong>ie</strong>derherstellung eines<br />
typischen Ökosystems mit v<strong>ie</strong>len hoch<br />
spezialis<strong>ie</strong>rten Arten eine entscheidende<br />
Rolle.<br />
Für d<strong>ie</strong> untersch<strong>ie</strong>dlichen Lebensphasen<br />
von Arten ist d<strong>ie</strong> Verfügbarkeit<br />
und Vernetzung ihrer spezifischen<br />
Habitate entscheidend. Sind d<strong>ie</strong> Be -<br />
dingungen für eine erfolgreiche Repro-<br />
222 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
duktion gewährleistet, können d<strong>ie</strong> Erfolgschancen<br />
einer Revitalis<strong>ie</strong>rung im<br />
Sinne einer ökologischen Verbesserung<br />
stark erhöht werden. So kann<br />
z.B. d<strong>ie</strong> Verfügbarkeit grosser, aus<br />
dem Wasser ragender Steine d<strong>ie</strong> Eiablage<br />
v<strong>ie</strong>ler Wasserwirbellosen in mittelgrossen<br />
Flüssen lokal fördern.<br />
D<strong>ie</strong> Dynamik des <strong>Flu</strong>sses bestimmt<br />
das Geschehen im ganzen <strong>Flu</strong>sslauf.<br />
Eine natürliche <strong>Flu</strong>ssdynamik schafft<br />
eine V<strong>ie</strong>lzahl untersch<strong>ie</strong>dlicher Habitate.<br />
Bei einer unnatürlichen (z.B.<br />
Schwall-Sunk) oder einer eingeschränkten<br />
Dynamik (z.B. durch das<br />
Ausbleiben von k<strong>ie</strong>sbankumlagernden,<br />
d<strong>ie</strong> Sohle reinigenden Hochwassern)<br />
reichen lokale morphologische<br />
Massnahmen zur Strukturverbesserung<br />
oft nicht aus, um d<strong>ie</strong> typische Artenv<strong>ie</strong>lfalt<br />
im und am <strong>Flu</strong>ss w<strong>ie</strong>derherzustellen.<br />
D<strong>ie</strong>se stellt sich erst bei einer<br />
naturnahen Dynamik ein.<br />
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Handbuch für d<strong>ie</strong> Erfolgskontrolle bei Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässerrevitalis<strong>ie</strong>rungen.<br />
Publikation des<br />
Rhone-Thur-Projektes Eawag, WSL, LCH-<br />
EPFL, VAW-ETHZ, 111 S.<br />
Danksagung<br />
H<strong>ie</strong>rmit bedanken wir uns bei Sonia Angelone,<br />
d<strong>ie</strong> eine wichtige Rolle beim Koordin<strong>ie</strong>ren unserer<br />
Arbeit gesp<strong>ie</strong>lt hat und mehrere konstruktive<br />
Kommentare zum Manuskript gel<strong>ie</strong>fert<br />
hat. Wir danken Tino Stäheli und Claude Herzog<br />
für d<strong>ie</strong> Daten zur Habitats und Artenv<strong>ie</strong>lfalt an<br />
der Bünz und der Sense und Lukas Indermaur<br />
für d<strong>ie</strong> Hilfe beim Auswerten der Ergebnisse<br />
vom Backsteinexperiment. Simone Blaser und<br />
Christa Jolidon waren von einer grossen Hilfe<br />
im Feld. Wir danken Ronny Lange von Patscheider<br />
& Partner für d<strong>ie</strong> Hilfe bei der Erstellung der<br />
Graphen und Andrea Encalada für d<strong>ie</strong> Erlaubnis,<br />
ihre Abbildung zur Eiablage der Eintagsfl<strong>ie</strong>gen<br />
zu verwenden. Irene Keller, Anja Westram und<br />
Christopher T. Robinson haben v<strong>ie</strong>l zur Planung,<br />
Durchführung und Auswertung der populationsgenetischen<br />
Stud<strong>ie</strong> zu Gammarus fossarum und<br />
Baetis rhodani beigetragen. Lara Pfister hat eine<br />
grosse Hilfe bei den DNA Extraktionen für Gammarus<br />
fossarum und Baetis rhodani geleistet.<br />
D<strong>ie</strong> Proben von Gammarus fossarum und Baetis<br />
rhodani wurden am Genetic Diversity Center<br />
(GDC) der ETH Zürich präpar<strong>ie</strong>rt und/oder laufen<br />
gelassen. Wir danken Aria Minder und Tania<br />
Torossi für ihre freundliche Unterstützung. Wir<br />
danken BAFU für d<strong>ie</strong> Finanz<strong>ie</strong>rung des Projektes<br />
«Integrales <strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement»<br />
und Eawag für d<strong>ie</strong> Finanz<strong>ie</strong>rung genetischer<br />
Analysen mit Action F<strong>ie</strong>ld Grant.<br />
Anschrift der Verfasser<br />
Maria Alp 1 , 4 , Theresa Karpati 2 , Silke Werth 2 ,<br />
Walter Gostner 5 , Christoph Scheidegger 2 ,<br />
Armin Peter 3<br />
1<br />
Dept. Aquatische Ökolog<strong>ie</strong>, Eawag<br />
CH-8600 Dübendorf, Schweiz.<br />
2<br />
FE Biodiversität und Naturschutzbiolog<strong>ie</strong>,<br />
WSL, CH-8903 Birmensdorf, Schweiz.<br />
3 Dept. Fischökolog<strong>ie</strong> und Evolution, Eawag,<br />
CH-6047 Kastan<strong>ie</strong>nbaum, Schweiz.<br />
4 Institut für Integrative Biolog<strong>ie</strong>, ETH Zürich,<br />
CH-8092 Zürich, Schweiz.<br />
5 Laboratoire de constructions hydrauliques,<br />
EPFL ENAC IIC LCH, CH-1015 Lausanne<br />
6 E-mail des korrespond<strong>ie</strong>renden Autors:<br />
armin.peter@eawag.ch<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 223<br />
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement<br />
Lebensraumverbund Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer:<br />
D<strong>ie</strong> Bedeutung der Vernetzung<br />
Silke Werth, Denise Weibel, Maria Alp, Julian Junker, Theresa Karpati, Armin Peter, Christoph Scheidegger<br />
Zusammenfassung<br />
D<strong>ie</strong> funktionelle Vernetzung von <strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong>ten sp<strong>ie</strong>lt eine wichtige Rolle für aquatische und terrestrische Lebensgemeinschaften. S<strong>ie</strong><br />
erlaubt eine Bes<strong>ie</strong>dlung der Habitate, den genetischen Austausch zwischen Populationen und führt zu einer zeitlichen Verknüpfung der<br />
Lebensräume zu untersch<strong>ie</strong>dlichen Jahreszeiten, Tageszeiten oder Lebensphasen. D<strong>ie</strong> strukturelle Vernetzung von Lebensräumen kann<br />
mit Erhebungen zur Ökomorpholog<strong>ie</strong> des Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässers und einer Analyse des Vorhandenseins von künstlichen Barr<strong>ie</strong>ren erhoben<br />
werden. Der Grad der funktionellen Vernetzung kann mit drei Methoden quantifiz<strong>ie</strong>rt werden – Fang mark<strong>ie</strong>rter Individuen, Radiotelemetr<strong>ie</strong>,<br />
oder mit Daten von genetischen Markern. Versch<strong>ie</strong>dene Populationsmodelle beschreiben d<strong>ie</strong> Populationsstruktur und den<br />
genetischen Austausch zwischen Populationen am Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer. Insbesondere bei Metapopulationen und räumlich struktur<strong>ie</strong>rten<br />
Populationen muss darauf geachtet werden, dass d<strong>ie</strong> einzelnen <strong>Flu</strong>ssabschnitte gut vernetzt sind, denn das Ausbleiben von Ausbreitungsereignissen<br />
würde räumlich fragment<strong>ie</strong>rte Populationen voneinander isol<strong>ie</strong>ren und bei Metapopulationen langfristig zum lokalen<br />
Aussterben führen. Bei Arten, d<strong>ie</strong> in isol<strong>ie</strong>rten Einzelpopulationen vorkommen, ist vornehmlich darauf zu achten, d<strong>ie</strong>se Populationen<br />
lokal durch lebensraumverbessernde Massnahmen zu halten und zu fördern. Unsere <strong>Flu</strong>sslandschaften sind weitgehend durch Barr<strong>ie</strong>ren<br />
unterbrochen. Es kommt ganz auf d<strong>ie</strong> Organismengruppe an, welche Strukturen effektiv als Barr<strong>ie</strong>ren fung<strong>ie</strong>ren. Künstliche Abstürze<br />
wirken als Barr<strong>ie</strong>ren für schwimm- und springschwache Fischarten und für kleine Grössenklassen von Fischen, jedoch nicht notwendigerweise<br />
für aquatische Invertebraten. Künstliche Abstürze können durch den Bau von Blockrampen für d<strong>ie</strong> Fischfauna durchgängig<br />
gemacht werden. Auch eine Entfernung von Eindolungen führt zur erhöhten Durchgängigkeit für Fische und andere aquatische Organismen.<br />
Bei Revitalis<strong>ie</strong>rungsprojekten ist insbesondere auf d<strong>ie</strong> Anbindung der Seiteneinmündungen zu achten, denn d<strong>ie</strong>se kann für den<br />
Erfolg von Revitalis<strong>ie</strong>rungsmassnahmen für versch<strong>ie</strong>dene Organismengruppen ausschlaggebend sein. Für d<strong>ie</strong> Arten der K<strong>ie</strong>sbänke und<br />
der Auenstandorte ist es entscheidend, dass ihr Raumbedarf bei Revitalis<strong>ie</strong>rungsprojekten abgedeckt wird, und dass d<strong>ie</strong> revitalis<strong>ie</strong>rten<br />
Standorte vernetzt werden. Bei Revitalis<strong>ie</strong>rungsprojekten werden gute Erfolge erz<strong>ie</strong>lt, wenn d<strong>ie</strong> Vernetzung der zu revitalis<strong>ie</strong>renden<br />
Standorte untereinander berücksichtigt wird, sow<strong>ie</strong> deren Vernetzung mit naturnahen Standorten.<br />
1. Was ist Vernetzung?<br />
<strong>Flu</strong>sssysteme bilden Netzwerke, in denen<br />
sich d<strong>ie</strong> <strong>Flu</strong>ssabschnitte gegenseitig beeinflussen<br />
(Poole, 2010). Kenntnis über d<strong>ie</strong><br />
Vernetzung der <strong>Flu</strong>sssysteme ist eine der<br />
Voraussetzungen, um lokale und regionale<br />
Prozesse verstehen und voraussagen zu<br />
können.<br />
Der Begriff Vernetzung beschreibt<br />
d<strong>ie</strong> Austauschprozesse und Interaktionen<br />
zwischen Habitaten; dazu zählen<br />
der Transport von Wasser, Gesch<strong>ie</strong>be,<br />
Bild 1. Schematische<br />
Darstellung<br />
der Vernetzung<br />
in einer <strong>Flu</strong>sslandschaft.<br />
1. Longitudinale<br />
Vernetzung<br />
zwischen Abschnitten<br />
am Hauptfluss<br />
und zwischen<br />
Hauptfluss und<br />
Zuflüssen. 2.<br />
Laterale Vernetzung<br />
zwischen<br />
terrestrischen und<br />
aquatischen Ökosystemen.<br />
3. Vertikale<br />
Vernetzung<br />
des <strong>Flu</strong>sses mit<br />
dem Interstitial,<br />
dem Hohlraumsystem in den vom <strong>Flu</strong>ss abgelagerten Sedimenten dicht unterhalb des<br />
Oberflächenwassers. Nach Malmqvist (2002).<br />
Energ<strong>ie</strong>, Nährstoffen, sow<strong>ie</strong> der aktive<br />
oder passive Transport von Organismen<br />
(Woolsey et al., 2005; Kondolf et al., 2006).<br />
Wir verwenden d<strong>ie</strong>sen Begriff in Bezug<br />
auf Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer h<strong>ie</strong>r enger gefasst als<br />
Mass für den Transport bzw. d<strong>ie</strong> Wanderungsbewegungen<br />
aquatischer und terrestrischer,<br />
flussbegleitender Organismen.<br />
D<strong>ie</strong> vertikale Vernetzung beschreibt<br />
d<strong>ie</strong> Interaktionen zwischen dem<br />
<strong>Flu</strong>ss und dem hyporheischen Interstitial,<br />
der k<strong>ie</strong>sführenden Schicht unterhalb der<br />
<strong>Flu</strong>sssohle (Malmqvist, 2002; Woolsey et<br />
al., 2005; Kondolf et al., 2006; Cote et al.,<br />
2009).<br />
Unter lateraler Vernetzung bzw.<br />
Seitenvernetzung versteht man d<strong>ie</strong> Anbindung<br />
eines Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässers via Ökoton,<br />
der Übergangszone zwischen Ökosystemen,<br />
an seine Auenhabitate und andere<br />
terrestrische Lebensräume (Bild 1). D<strong>ie</strong><br />
laterale Vernetzung von Flüssen mit dem<br />
Uferbereich und mit terrestrischen Habitaten<br />
sp<strong>ie</strong>lt eine wichtige Rolle für den Austausch<br />
zwischen d<strong>ie</strong>sen Systemen (Baxter<br />
et al., 2005) sow<strong>ie</strong> für einzelne Lebensphasen<br />
bestimmter Organismengruppen (z.B.<br />
Amphib<strong>ie</strong>n, aquatische Insekten). Eine Un-<br />
224 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Bild 2. Beisp<strong>ie</strong>le für Habitatbeeinträchtigung in <strong>Flu</strong>ssökosystemen. A. D<strong>ie</strong> stark verbaute Mündung des Lochrütibachs (Nidwalden)<br />
vor der Revitalis<strong>ie</strong>rung: der Bach fl<strong>ie</strong>sst über eine steil abfallende, beton<strong>ie</strong>rte Sohle in d<strong>ie</strong> Engelberger Aa – ein Beisp<strong>ie</strong>l für schlechte<br />
Vernetzung. B. D<strong>ie</strong> gut vernetzte Brennoaue bei Loderio (Tessin). Gefangene Fischarten im April 2010: Bachforelle, Groppe, Alet,<br />
Südströmer, Elritze. C. Ein an d<strong>ie</strong> Brennoaue angrenzender, kanalis<strong>ie</strong>rter <strong>Flu</strong>ssabschnitt oberhalb mit den nachgew<strong>ie</strong>senen<br />
Fischarten Bachforelle und Groppe. Einher mit der Habitatdegrad<strong>ie</strong>rung durch d<strong>ie</strong> Kanalis<strong>ie</strong>rung geht ein Verlust von Fischarten.<br />
Fotos: A: Armin Peter, B-C: Denise Weibel.<br />
terbrechung der lateralen Vernetzung hat<br />
insbesondere negative Auswirkungen auf<br />
den Bestand von Fischen und Wirbellosen,<br />
deren Entwicklung vom seichten Flachufer<br />
(Fischlarven) mit grösseren Steinen (Eiablage<br />
von v<strong>ie</strong>len aquatischen Insekten) abhängig<br />
ist (Woolsey et al., 2005; Bright et<br />
al., 2010).<br />
D<strong>ie</strong> longitudinale Vernetzung oder<br />
Längsvernetzung bezeichnet den Austausch<br />
mit den Lebensräumen flussaufwärts<br />
und flussabwärts innerhalb desselben<br />
Einzugsgeb<strong>ie</strong>ts und zwischen Hauptfluss<br />
und Zuflüssen (Woolsey et al., 2005).<br />
Längsvernetzte <strong>Flu</strong>sssysteme sind durchgängig<br />
für versch<strong>ie</strong>dene Organismengruppen,<br />
ermöglichen d<strong>ie</strong> Wanderungsbewegungen<br />
von T<strong>ie</strong>ren w<strong>ie</strong> etwa der Bachforelle<br />
und d<strong>ie</strong> Samenausbreitung von Pflanzen.<br />
D<strong>ie</strong> Längsvernetzung von <strong>Flu</strong>sshabitaten<br />
ermöglicht eine Neugründung von Populationen<br />
und genetischen Austausch entlang<br />
von Flüssen, und ist somit entscheidend<br />
für d<strong>ie</strong> Populationsentwicklung v<strong>ie</strong>ler Organismen.<br />
In Bezug auf d<strong>ie</strong> Vernetzung ist es<br />
wichtig, zwischen struktureller und funktioneller<br />
Vernetzung zu differenz<strong>ie</strong>ren.<br />
Habitate können rein strukturell miteinander<br />
vernetzt sein, etwa durch Korridore –<br />
Landschaftsstrukturen, d<strong>ie</strong> in der Theor<strong>ie</strong><br />
d<strong>ie</strong> Bewegung von Organismen von einem<br />
Habitat zum nächsten ermöglichen sollen.<br />
D<strong>ie</strong> Habitate sind aber erst dann funktionell<br />
vernetzt, wenn d<strong>ie</strong>se Korridore tatsächlich<br />
von den Z<strong>ie</strong>lorganismen als Migrationsrouten<br />
angenommen werden. Für aquatische<br />
Organismen d<strong>ie</strong>nt der <strong>Flu</strong>ss selber mit<br />
seinen Haupt-, Neben- und Altarmen als<br />
Korridor, für terrestrische Arten hingegen<br />
d<strong>ie</strong> Alluvialzone – d<strong>ie</strong> Schwemmebene, in<br />
der Sediment abgelagert wird – sow<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong><br />
Auenbereiche. Der Grad der funktionellen<br />
Vernetzung kann dabei in Abhängigkeit<br />
von saisonalen Abflussschwankungen<br />
während des Jahres vari<strong>ie</strong>ren.<br />
2. Weshalb ist d<strong>ie</strong> funktionelle<br />
Vernetzung wichtig?<br />
D<strong>ie</strong> funktionelle Vernetzung von <strong>Flu</strong>ssökosystemen<br />
ist für d<strong>ie</strong> aquatischen und<br />
terrestrischen Lebewesen und Lebensgemeinschaften<br />
aus mehreren Gründen<br />
entscheidend. D<strong>ie</strong> funktionelle Vernetzung<br />
ist einerseits d<strong>ie</strong> Voraussetzung für<br />
d<strong>ie</strong> Ausbreitung von Organismen in <strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong>ten.<br />
Besonders wichtig ist d<strong>ie</strong> funktionelle<br />
Vernetzung für Organismen mit<br />
schlechtem Ausbreitungspotenzial, w<strong>ie</strong><br />
aquatische Makroinvertebraten, d<strong>ie</strong> keine<br />
geflügelten Imaginalstad<strong>ie</strong>n bilden, oder<br />
für den k<strong>ie</strong>sbankbewohnenden, kurzflügeligen<br />
K<strong>ie</strong>sbankgrashüpfer (Chorthippus<br />
pullus). So ist der Bachflohkrebs (Gammarus<br />
fossarum) auf kleine Seitenzuflüsse mit<br />
v<strong>ie</strong>l Laubstreu angew<strong>ie</strong>sen, d<strong>ie</strong> jedoch nur<br />
dann bes<strong>ie</strong>delt werden können, wenn s<strong>ie</strong><br />
mit dem Hauptfluss vernetzt sind. Zum<br />
anderen sp<strong>ie</strong>lt d<strong>ie</strong> funktionelle Vernetzung<br />
eine wichtige Rolle für d<strong>ie</strong> Verknüpfung<br />
von Habitaten, d<strong>ie</strong> zu untersch<strong>ie</strong>dlichen<br />
Lebensphasen oder Jahreszeiten (bzw.<br />
Tageszeiten) von Organismen gebraucht<br />
werden (s<strong>ie</strong>he Alp et al, d<strong>ie</strong>se Ausgabe).<br />
So ist d<strong>ie</strong> Durchgängigkeit der<br />
aquatischen Lebensräume für Fische<br />
wichtig, d<strong>ie</strong> einen durchgängigen Wanderkorridor<br />
benötigen, weil sich ihre Lebensraumansprüche<br />
im Laufe ihres Lebenszyklus<br />
verändern (Northcote, 1998).<br />
Je nach Altersstadium suchen Fische untersch<strong>ie</strong>dliche<br />
Habitate auf, um geeignete<br />
Nahrungsangebote oder Laichplätze zu<br />
finden. Zudem sind Fische auf kurzfristige<br />
Standortveränderungen angew<strong>ie</strong>sen, um<br />
Schutz vor Fressfeinden und Konkurrenz<br />
zu suchen oder um ungünstigen Umweltbedingungen<br />
w<strong>ie</strong> hohen Temperaturen<br />
ausweichen zu können. Insbesondere an<br />
der Einmündung von Seitenzuflüssen ist<br />
eine intakte Vernetzung von Bedeutung.<br />
Nicht für Fische durchgängige Mündungen<br />
beeinträchtigen d<strong>ie</strong> saisonalen Fischwanderungen<br />
zu den flussaufwärts gelegenen<br />
Laichgeb<strong>ie</strong>ten und verhindern d<strong>ie</strong> Bes<strong>ie</strong>dlung<br />
der Seitengewässer aus dem Hauptfluss<br />
(Bild 2a).<br />
D<strong>ie</strong> funktionelle Vernetzung l<strong>ie</strong>gt<br />
auch dem Konzept der Strahlwirkung zugrunde.<br />
D<strong>ie</strong>ses besagt, dass naturnahe,<br />
ökologisch intakte <strong>Flu</strong>ssabschnitte positive<br />
Auswirkungen auf den ökologischen<br />
Zustand angrenzender, strukturell degrad<strong>ie</strong>rter<br />
<strong>Flu</strong>ssabschnitte haben, denn d<strong>ie</strong><br />
ökologisch weniger intakten Abschnitte<br />
können durch Migration von Pflanzen<br />
und T<strong>ie</strong>ren aus dem naturnahen Gewässerabschnitt<br />
(«Strahlursprung») bes<strong>ie</strong>delt<br />
werden (Deutscher Rat für Landespflege,<br />
2008). Ohne funktionelle Vernetzung sind<br />
solche positive Beeinflussungen zwischen<br />
<strong>Flu</strong>ssabschnitten nicht möglich.<br />
V<strong>ie</strong>le Arten der Aue haben einen<br />
hohen Raumbedarf, und für d<strong>ie</strong> vollständige<br />
Durchführung ihres Lebenszyklus<br />
benötigen s<strong>ie</strong> versch<strong>ie</strong>dene Habitate oft<br />
in räumlicher Nähe, d<strong>ie</strong> miteinander vernetzt<br />
sein müssen. Amphib<strong>ie</strong>n benötigen<br />
etwa nicht nur Standorte w<strong>ie</strong> Altarme zur<br />
Eiablage und Juvenilentwicklung, sondern<br />
auch solche, wo s<strong>ie</strong> sich ausserhalb der<br />
Reproduktionssaison aufhalten, w<strong>ie</strong> etwa<br />
Hecken und Gebüsche beim Laubfrosch<br />
(Angelone et al., 2010).<br />
Innerhalb von Auen bildet der<br />
Hauptfluss mit zahlreichen Neben- und<br />
Altarmen je nach Abflusssituation ein<br />
Netzwerk mit zeitlicher Dynamik. Eine<br />
Variabilität der Habitatstrukturen kann<br />
zur w<strong>ie</strong>derkehrenden Bes<strong>ie</strong>dlung durch<br />
ein breites Artenspektrum führen. Umso<br />
wichtiger ist es, dass Auen als soge-<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 225<br />
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement<br />
nannte Diversitäts-Hotspots gut mit den<br />
flussauf- und flussabwärtsgelegenen<br />
Gewässerabschnitten vernetzt sind und<br />
als Quellpopulationen funktion<strong>ie</strong>ren können.<br />
Kanalis<strong>ie</strong>rte <strong>Flu</strong>ssabschnitte können<br />
eine part<strong>ie</strong>ll durchlässige Barr<strong>ie</strong>re («soft<br />
barr<strong>ie</strong>r») für aquatische Arten darstellen.<br />
Sind <strong>Flu</strong>ssabschnitte durch kanalis<strong>ie</strong>rte<br />
Abschnitte isol<strong>ie</strong>rt, kann es in den direkt<br />
angrenzenden Abschnitten zu einer abrupten<br />
Verringerung der Artenzahl kommen.<br />
So wurden zum Beisp<strong>ie</strong>l in der untersten<br />
Aue des Brenno (Tessin) im April<br />
2010 insgesamt fünf Fischarten gefangen<br />
(Bachforelle, Groppe, Alet, Südströmer,<br />
Elritze). Im monoton verbauten Abschnitt<br />
oberhalb der Aue wurden nur noch gerade<br />
zwei Arten nachgew<strong>ie</strong>sen, nämlich Bachforelle<br />
und Groppe (Bild 2b,c).<br />
3. Laterale Vernetzung: d<strong>ie</strong><br />
trophische Verbindung<br />
zwischen Wasser und Land<br />
Es ist aus v<strong>ie</strong>len Stud<strong>ie</strong>n bekannt, dass d<strong>ie</strong><br />
Seitenvernetzung von aquatischen Habitaten<br />
mit dem Uferbereich eine wichtige<br />
Rolle für aquatische sow<strong>ie</strong> terrestrische<br />
Organismen sp<strong>ie</strong>lt und unter anderem trophische<br />
(d.h. Nahrungs-) Zusammenhänge<br />
zwischen versch<strong>ie</strong>denen Habitaten ermöglicht<br />
(Baxter et al., 2005). V<strong>ie</strong>le Makroinvertebraten<br />
sind für ihre Nahrung auf Laubeinträge<br />
durch d<strong>ie</strong> terrestrische Vegetation<br />
angew<strong>ie</strong>sen. So sind etwa ins Wasser gefallene,<br />
terrestrische Insekten ein wichtiger<br />
Bestandteil der Nahrung der Bachforelle.<br />
Anderseits werden d<strong>ie</strong> geschlüpften Imagines<br />
der aquatischen Insekten von Vögeln,<br />
Eidechsen, Fledermäusen sow<strong>ie</strong> anderen<br />
Prädatoren verzehrt. In ihrer Diplomarbeit an<br />
der Bünz hat Christina Baumgartner (2008)<br />
solche trophische Zusammenhänge untersucht<br />
und festgestellt, dass d<strong>ie</strong> Dichte der<br />
prädatorischen Uferarthropoden (Spinnen,<br />
Kurzflügler- und Laufkäfer) mit der Dichte<br />
der geschlüpften Imagines der aquatischen<br />
Insekten korrel<strong>ie</strong>rt. D<strong>ie</strong>se Zusammenhänge<br />
wurden ausserdem durch d<strong>ie</strong> Beschaffenheit<br />
des Uferbereichs beeinflusst. So<br />
konnte d<strong>ie</strong>se Arbeit auch zeigen, dass d<strong>ie</strong><br />
Dichte bestimmter Prädatoren unter anderem<br />
durch d<strong>ie</strong> V<strong>ie</strong>lfalt der Vegetation und d<strong>ie</strong><br />
Länge der Uferlin<strong>ie</strong> beeinflusst wird. Somit<br />
kann eine vom Menschen verur sachte Unterbrechung<br />
der Seitenvernetzung negative<br />
Auswirkungen sowohl auf aquatische als<br />
auch terrestrische Lebensgemeinschaften<br />
haben und potenz<strong>ie</strong>ll d<strong>ie</strong>jenigen Arten beeinträchtigen,<br />
d<strong>ie</strong> von der Vernetzung der<br />
Lebensräume abhängen; d<strong>ie</strong>se Ergebnisse<br />
bestätigen d<strong>ie</strong> Resultate einer früheren Stud<strong>ie</strong><br />
(Iwata et al., 2003).<br />
4. Migration, Genfluss und<br />
Populationsmodelle<br />
D<strong>ie</strong> Vernetzung zwischen Populationen der<br />
aquatischen und flussbegleitenden, terrestrischen<br />
Lebewesen beeinflusst auch den<br />
genetischen Austausch (den sogenannten<br />
Genfluss) zwischen Populationen. Genfluss<br />
findet statt, wenn Individuen sich in<br />
einer Population fortpflanzen, in welche s<strong>ie</strong><br />
eingewandert sind, und so zum Genpool<br />
beitragen, also zur Gesamtheit der Allele<br />
und Genotypen in einer Population. Andererseits<br />
hinterlassen v<strong>ie</strong>le Migrationsereignisse<br />
keine Spuren im Genpool, beisp<strong>ie</strong>lsweise<br />
wenn d<strong>ie</strong> Migranten abwandern<br />
oder sterben, bevor s<strong>ie</strong> sich fortgepflanzt<br />
haben. Da Arten untersch<strong>ie</strong>dliche Ausbreitungskapazitäten<br />
haben und mehr oder<br />
weniger spezifisch in ihrer Habitatswahl<br />
sind, wurden mehrere theoretische Mo-<br />
delle formul<strong>ie</strong>rt, um d<strong>ie</strong> Vernetzung einer<br />
Landschaft für Populationen zu beschreiben<br />
(Tab. 1) (Tero et al., 2003; Pollux et al.,<br />
2009). Abhängig von den lokalen Verhältnissen<br />
können versch<strong>ie</strong>dene Populationsmodelle<br />
an untersch<strong>ie</strong>dlichen Standorten<br />
für d<strong>ie</strong>selbe Art gelten. So können manche<br />
Arten in einem Teil ihres Verbreitungsgeb<strong>ie</strong>ts<br />
kontinu<strong>ie</strong>rliche Populationen bilden,<br />
in einem anderen Teil jedoch kleine, isol<strong>ie</strong>rte<br />
Bestände oder Metapopulationen<br />
aufweisen.<br />
4.1 Isol<strong>ie</strong>rte Populationen<br />
Entlang eines <strong>Flu</strong>ssabschnitts können d<strong>ie</strong><br />
Populationen einer Art genetisch völlig<br />
isol<strong>ie</strong>rt sein; genetischer Austausch findet<br />
nicht statt. D<strong>ie</strong>ses Populationsmodell gilt<br />
für extrem seltene Arten, d<strong>ie</strong> an <strong>Flu</strong>ssläufen<br />
in kleinen Beständen anzutreffen sind.<br />
Tabelle 1. Populationsmodelle für terrestrische und aquatische Organismen der <strong>Flu</strong>sslandschaften.<br />
D<strong>ie</strong> Abbildungen folgen Tero et al. (2003) und Pollux et al. (2009).<br />
226 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
4.2 Räumlich struktur<strong>ie</strong>rte<br />
Populationen<br />
Wenn Gene und Individuen sich vornehmlich<br />
zwischen räumlich benachbarten Beständen<br />
bewegen, so spricht man von<br />
einem Austausch über Trittsteine (bzw.<br />
sogenannte «Stepping stones»). D<strong>ie</strong>se<br />
Arten sind also keine guten Ausbreiter.<br />
Weil nur geringe Distanzen überwunden<br />
werden, haben d<strong>ie</strong> Arten, d<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong>sem Muster<br />
folgen, meist räumlich struktur<strong>ie</strong>rte Populationen.<br />
Das heisst, an versch<strong>ie</strong>denen<br />
<strong>Flu</strong>ssabschnitten weisen d<strong>ie</strong>se Arten genetisch<br />
untersch<strong>ie</strong>dliche Bestände auf.<br />
4.3 Metapopulationsmodell<br />
Wenn d<strong>ie</strong> Bestandsentwicklung einer<br />
Art von häufigem Erlöschen von lokalen<br />
Beständen und von Populationsneugründungen<br />
gekennzeichnet ist, spricht<br />
man von einer Metapopulation (Hans ki,<br />
Zhang, 1993; Hanski, 1998; Hanski,<br />
Gaggiotti, 2004). Mehrere Arten der terrestrischen,<br />
flussbegleitenden Pflanzen<br />
bilden Metapopulationen (Tero et al.,<br />
2003; Jacquemyn et al., 2006; Honnay<br />
et al., 2009). Bei Metapopulationen muss<br />
für das langfristige Überleben einer Art in<br />
einem Einzugsgeb<strong>ie</strong>t d<strong>ie</strong> Zahl der Neugründungen<br />
von Beständen das lokale<br />
Erlöschen von Beständen übersteigen.<br />
Dazu muss d<strong>ie</strong> longitudinale Vernetzung<br />
zwischen Habitaten gewährleistet sein.<br />
Altbestände und Flächen, auf denen sich<br />
neue Vorkommen etabl<strong>ie</strong>ren können,<br />
sollten nicht zu weit voneinander entfernt<br />
l<strong>ie</strong>gen (innerhalb der mittleren Ausbreitungsdistanz<br />
der Art).<br />
4.4 Metapopulation<br />
mit Source-Sink-Dynamik<br />
Am <strong>Flu</strong>ss ist es bei wasserverbreiteten<br />
Arten auch möglich, dass d<strong>ie</strong> Ausbreitung<br />
vermehrt flussab erfolgt. In d<strong>ie</strong>sem Fall<br />
stellen d<strong>ie</strong> Populationen flussaufwärts d<strong>ie</strong><br />
einzige Quelle für d<strong>ie</strong> Gründung neuer Populationen<br />
dar. Wenn bestimmte Populationen<br />
vermehrt Migranten aussenden, und<br />
andere Migranten empfangen aber keine<br />
aussenden, so spricht man von einem<br />
«Source-Sink-Metapopulationsmodell»<br />
(Pulliam, 1988; Pulliam, Dan<strong>ie</strong>lson, 1991).<br />
Bild 3. D<strong>ie</strong> Durchgängigkeit in Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>e wässern wird durch künstliche Barr<strong>ie</strong>ren<br />
beeinträchtigt. A. Wehr. B. Eindolung. C. Absturz bei Sohlschwelle. D. Eine für Groppen<br />
unüberwindbare Sohlstufe im Mülibach (Nidwalden). Fotos: Denise Weibel.<br />
Das Source-Sink-Modell stellt einen Spezialfall<br />
eines Metapopulationsmodells<br />
dar, mit Quellpopulationen, d<strong>ie</strong> Individuen<br />
aussenden und für d<strong>ie</strong> Bes<strong>ie</strong>dlung neuer<br />
Standorte verantwortlich sind, sow<strong>ie</strong> Empfängerpopulationen,<br />
d<strong>ie</strong> Individuen empfangen,<br />
aber selbst nicht zur Gründung<br />
neuer Vorkommen beitragen. D<strong>ie</strong>ses Populationsmodell<br />
ist für d<strong>ie</strong> Praxis höchst<br />
relevant, denn d<strong>ie</strong> Zerstörung der Quellpopulationen<br />
führt langfristig zum lokalen<br />
Aussterben von Arten innerhalb eines<br />
Einzugsgeb<strong>ie</strong>ts. Andererseits kann man in<br />
d<strong>ie</strong>sem Fall Arten fördern, indem man sehr<br />
gez<strong>ie</strong>lt Ressourcen einsetzt, um das Bestehen<br />
der Quellpopulationen zu sichern<br />
und gleichzeitig d<strong>ie</strong> Vernetzung mit flussabwärts<br />
gelegenen Standorten sicher zu<br />
stellen.<br />
4.5 Kontinu<strong>ie</strong>rliche Population<br />
Wenn Bestände kontinu<strong>ie</strong>rliche Populationen<br />
mit räumlich ausgedehntem genetischem<br />
Austausch bilden, besteht für d<strong>ie</strong><br />
Praxis kein Handlungsbedarf in Bezug auf<br />
Artenförderungsmassnahmen. D<strong>ie</strong> Arten,<br />
d<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong>sem Populationsmodell folgen, sind<br />
gute Ausbreiter, d<strong>ie</strong> neue Standorte über<br />
grosse Distanzen hinweg kolonis<strong>ie</strong>ren<br />
können. V<strong>ie</strong>le d<strong>ie</strong>ser häufigen Arten können<br />
in der Regel auch dann von Revitalis<strong>ie</strong>rungsmassnahmen<br />
profit<strong>ie</strong>ren, wenn<br />
d<strong>ie</strong>se weit entfernt von anderen Beständen<br />
durchgeführt werden.<br />
5. Welche Faktoren beeinflussen<br />
d<strong>ie</strong> Durchgängigkeit<br />
von Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässern?<br />
D<strong>ie</strong> Vernetzung von <strong>Flu</strong>sshabitaten aus<br />
Sicht der im und am <strong>Flu</strong>ss lebenden Organismen<br />
wird durch natürliche und menschgemachte<br />
Barr<strong>ie</strong>ren beeinträchtigt. Ein<br />
Wasserfall stellt beisp<strong>ie</strong>lsweise eine abrupte,<br />
ein klimatischer Grad<strong>ie</strong>nt eine graduelle<br />
natürliche Barr<strong>ie</strong>re dar (Banarescu,<br />
1990). Menschgemachte Barr<strong>ie</strong>ren sind<br />
v<strong>ie</strong>lfältig. Künstliche Abstürze und Schwellen<br />
zur Sohlenstabilis<strong>ie</strong>rung, Wehre, Staudämme<br />
oder Eindolungen fragment<strong>ie</strong>ren<br />
den Gewässerverlauf und können Wanderhindernisse<br />
darstellen (Bild 3). Insbesondere<br />
eine Abschneidung der Seitenbäche<br />
durch künstliche Barr<strong>ie</strong>ren kann grav<strong>ie</strong>rende<br />
Auswirkungen auf d<strong>ie</strong> Artenzahl bei<br />
Fischen haben, denn d<strong>ie</strong> schwimm- und<br />
sprungschwachen Fischarten und kleine<br />
Individuen sind in nicht der Lage, Abstürze<br />
zu überqueren. An durch Barr<strong>ie</strong>ren abgetrennten<br />
Zuflüssen der Suhre wurde nur<br />
d<strong>ie</strong> Bachforelle nachgew<strong>ie</strong>sen, an Bächen<br />
mit gut vernetzten Seiteneinmündungen<br />
hingegen drei oder mehr Fischarten (Am-<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 227<br />
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement<br />
mann, 2006). Bei Fischen stellt somit d<strong>ie</strong><br />
Mündung den wichtigsten Bereich für d<strong>ie</strong><br />
Artenv<strong>ie</strong>lfalt im Gewässer dar.<br />
Monoton verbaute, sehr schnell<br />
fl<strong>ie</strong>ssende <strong>Flu</strong>ssabschnitte, sogenannte<br />
Schussrinnen, können ebenso als Barr<strong>ie</strong>ren<br />
(«soft barr<strong>ie</strong>rs») wirken w<strong>ie</strong> punktuelle<br />
physikalische oder chemische Veränderung<br />
des Wassers aufgrund von Zuleitungen<br />
(z.B. Temperaturveränderung). Als<br />
Konsequenz einer Barr<strong>ie</strong>re wird d<strong>ie</strong> Wanderung<br />
von Fischen und aquatischen Invertebraten<br />
flussaufwärts behindert und ihre<br />
natürliche Ausbreitung begrenzt. Dabei<br />
kommt es auf d<strong>ie</strong> Organismengruppe an,<br />
welche Struktur eine Barr<strong>ie</strong>re darstellt. Ein<br />
mehrere Meter hohes Querbauwerk mag<br />
von Makroinvertebraten mit geflügelten<br />
Imagines problemlos überwunden werden,<br />
während s<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong> flussaufwärts gerichtete<br />
Migration der Fische sow<strong>ie</strong> der flügellosen<br />
aquatischen Makroinvertebraten<br />
verunmöglicht. Am Mülibach (Nidwalden)<br />
zeigte sich, dass sich eine kleine Sohlstufe<br />
von
Rahmen des Projekts «Integrales <strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement»<br />
wurde d<strong>ie</strong> genetische<br />
Struktur von drei aquatischen und zwei terrestrischen<br />
Arten untersucht.<br />
7.1 Populationsgenetische Struktur<br />
benthischer Makroinvertebraten<br />
an der Sense<br />
An der Sense haben wir zwei benthische<br />
Makroinvertebraten mit untersch<strong>ie</strong>dlichen<br />
Ausbreitungsstrateg<strong>ie</strong>n untersucht. Eine<br />
d<strong>ie</strong>ser Arten war der Bachflohkrebs (Gammarus<br />
fossarum), der kleine Distanzen durch<br />
kr<strong>ie</strong>chen (flussabwärts und flussaufwärts)<br />
oder driften (nur flussabwärts) zurücklegt;<br />
d<strong>ie</strong>se Art wurde mit neun Mikrosatellitenmarkern<br />
untersucht (Alp et al., eingereicht).<br />
D<strong>ie</strong> zweite untersuchte Art war d<strong>ie</strong> Eintagsfl<strong>ie</strong>ge<br />
(Baetis rhodani), d<strong>ie</strong> sich als Larve<br />
w<strong>ie</strong> der Bachflohkrebs ausbreitet, aber<br />
auch eine imaginale fl<strong>ie</strong>gende Phase hat<br />
und somit Barr<strong>ie</strong>ren im <strong>Flu</strong>ss überwinden<br />
kann; für d<strong>ie</strong>se Art wurden fünf Mikrosatelliten<br />
untersucht (Alp et al., eingereicht). Der<br />
ausschl<strong>ie</strong>sslich aquatische Bachflohkrebs<br />
(Bild 4) zeigte v<strong>ie</strong>l weniger genetischen Austausch<br />
zwischen Populationen als d<strong>ie</strong> Eintagsfl<strong>ie</strong>ge<br />
(Tabelle 3) und ist möglicherweise<br />
nicht nur in seiner Ausbreitung limit<strong>ie</strong>rt, sondern<br />
könnte auch an lokale Bedingungen<br />
angepasst sein. Das würde bedeuten, dass<br />
lokale Populationen des Bachflohkrebses<br />
einen zusätzlichen Wert für d<strong>ie</strong> Erhaltung<br />
der Biodiversität haben.<br />
Dagegen scheint d<strong>ie</strong> Eintagsfl<strong>ie</strong>ge<br />
in ihrer Ausbreitung im Sensegeb<strong>ie</strong>t nicht<br />
limit<strong>ie</strong>rt zu sein, s<strong>ie</strong> bildet dort eine einzige,<br />
kontinu<strong>ie</strong>rliche Population. D<strong>ie</strong> Barr<strong>ie</strong>ren<br />
im <strong>Flu</strong>ss manifest<strong>ie</strong>ren sich bei beiden<br />
Arten nicht in der genetischen Struktur<br />
(Bild 5a, c).<br />
7.2 Populationsgenetische Struktur<br />
der Groppe an der Sense<br />
D<strong>ie</strong> Groppe (Cottus gobio) hat eine durchschnittliche<br />
Grösse von 15 cm und lebt<br />
bodenor<strong>ie</strong>nt<strong>ie</strong>rt. S<strong>ie</strong> hat eine reduz<strong>ie</strong>rte<br />
Schwimmblase und gilt als standorttreue<br />
oder eben residente Fischart. Je residenter<br />
eine Art ist, umso weniger Migration gibt<br />
es zwischen den einzelnen Populationen,<br />
was eine genetische Differenz<strong>ie</strong>rung zwischen<br />
d<strong>ie</strong>sen Populationen begünstigt.<br />
Als schwimmschwache Fischart kann d<strong>ie</strong><br />
Groppe selbst kleinere Barr<strong>ie</strong>ren im <strong>Flu</strong>ss<br />
nicht überwinden, so dass d<strong>ie</strong> Wanderung<br />
der T<strong>ie</strong>re flussaufwärts durch Barr<strong>ie</strong>ren<br />
verunmöglicht wird.<br />
Wir haben d<strong>ie</strong> populationsgenetische<br />
Struktur d<strong>ie</strong>ser Art in der Sense<br />
in den Kantonen Bern und Fribourg bas<strong>ie</strong>rend<br />
auf zehn Mikrosatellitenmarkern<br />
Mikrosatelliten, Allele, Loci, genetische Differenz<strong>ie</strong>rung<br />
Mikrosatelliten sind kurze mehrfach w<strong>ie</strong>derholte Motive auf der DNA, d<strong>ie</strong> sich in der<br />
Zahl der W<strong>ie</strong>derholungen und somit in ihrer Länge unterscheiden (Goldstein, Pollock,<br />
1997). So kann beisp<strong>ie</strong>lsweise ein Individuum eine genetische Variante (Allel) mit drei<br />
W<strong>ie</strong>derholungen der Basenpaare «CATG» tragen, (CATG) 3, und ein anderes Individuum<br />
kann auf derselben Stelle der DNA (Locus) ein anderes Allel besitzen, das fünf<br />
W<strong>ie</strong>derholungen besitzt, also (CATG) 5. D<strong>ie</strong>se Längenuntersch<strong>ie</strong>de können entstehen,<br />
wenn bei der Replikation der DNA z.B. während der Zellteilung W<strong>ie</strong>derholungseinheiten<br />
übersprungen bzw. angehängt werden. Bei den meisten Mutationen ist eine<br />
einzige W<strong>ie</strong>derholungseinheit betroffen; sehr selten kann es pass<strong>ie</strong>ren, dass gleich<br />
mehrere W<strong>ie</strong>derholungseinheiten angehängt oder entfernt werden (Weber, Wong,<br />
1993; Goldstein, Pollock, 1997).<br />
Für aussagekräftige genetische Stud<strong>ie</strong>n werden meist mehrere Loci (sogenannte<br />
«Marker») untersucht. Wenn genügend Mikrosatellitenmarker untersucht werden,<br />
können genetisch untersch<strong>ie</strong>dliche Individuen voneinander untersch<strong>ie</strong>den werden,<br />
und beisp<strong>ie</strong>lsweise d<strong>ie</strong> räumliche Ausdehnung von Klonen bei Pflanzen kann bestimmt<br />
werden. Selbst wenn man nicht vollständig zwischen Individuen unterscheiden kann,<br />
ist es v<strong>ie</strong>lfach möglich, einzelne Individuen anhand ihrer Kombination von Mikrosatellitenallelen<br />
einer bestimmten Population zuordnen. So können Migranten identifiz<strong>ie</strong>rt<br />
werden. D<strong>ie</strong> genetische Differenz<strong>ie</strong>rung zwischen Populationen wird mit dem Fix<strong>ie</strong>rungsindex<br />
F ST angegeben. Ein Wert von 0 besagt, dass Populationen nicht differenz<strong>ie</strong>rt<br />
sind, ein Wert von 1 gibt eine völlige genetische Isolation an (Hartl, Clark, 1997).<br />
Bild 4. In den genetischen<br />
Stud<strong>ie</strong>n<br />
untersuchte Arten.<br />
A. Eintagsfl<strong>ie</strong>ge<br />
(Baetis rhodani),<br />
Larve und geflügeltes<br />
adultes<br />
T<strong>ie</strong>r (Fotos: Maria<br />
Alp). B. Bachflohkrebs<br />
(Gammarus<br />
fossarum) (Foto:<br />
Maria Alp). C. K<strong>ie</strong>sbankgrashüpfer<br />
(Chorthippus pullus)<br />
(Foto: Theresa<br />
Karpati). D. Tamariske<br />
(Myricaria<br />
germanica) (Foto:<br />
Silke Werth).<br />
Bild 5. Populationsstruktur aquatischer Arten der Sense relativ zur Lage und Anzahl<br />
von Barr<strong>ie</strong>ren (schwarze Balken). Farben: d<strong>ie</strong> Zugehörigkeit von Individuen zu Populationen.<br />
A. Eintagsfl<strong>ie</strong>ge. B. Groppe. C. Bachflohkrebs. Daten: A, C: Maria Alp; B: Julian<br />
Junker. Abbildung: Sonia Angelone.<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 229<br />
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement<br />
Tabelle 3. Genetische Differenz<strong>ie</strong>rung (Box 1) zwischen Stichprobestellen an der Sense<br />
und an der Isar. Angegeben sind d<strong>ie</strong> Art, der untersuchte <strong>Flu</strong>ss, d<strong>ie</strong> Populationsstruktur<br />
der Art, und der globale F ST -Wert aus einer Analyse der Molekularen Varianz (F ST);<br />
ns, statistisch nicht signifikant; *, statistisch signifikant.<br />
Bild 6. Populationsstruktur terrestrischer Arten der Isar im Grenzgeb<strong>ie</strong>t zwischen<br />
Deutschland (D) und Österreich (A), relativ zur Lage von Barr<strong>ie</strong>ren (schwarze Balken).<br />
Farben: Zugehörigkeit von Individuen zu Populationen. A. K<strong>ie</strong>sbankgrashüpfer. B.<br />
Tamariske. Daten: A: Theresa Karpati. B: Silke Werth. Abbildung: Sonia Angelone.<br />
Bild 7. Populationsdynamik der Tamariske (Myricaria germanica) in der Schweiz,<br />
Quelle: Silke Werth.<br />
untersucht (Junker et al., eingereicht).<br />
Weil d<strong>ie</strong> Art schwimmschwach ist, überraschte<br />
es nicht, dass zwischen den einzelnen<br />
Beprobungsstellen in der Sense<br />
eine deutliche genetische Differenz<strong>ie</strong>rung<br />
festgestellt wurde. D<strong>ie</strong> genetischen Untersch<strong>ie</strong>de<br />
zwischen Individuen von untersch<strong>ie</strong>dlichen<br />
Standorten werden mit<br />
zunehmender geographischer Distanz<br />
grösser. Allerdings fanden wir in einer<br />
weiteren Analyse, bei welcher wir den Einfluss<br />
der geographischen Distanz elimin<strong>ie</strong>rt<br />
hatten, ebenfalls eine positive Korrelation<br />
zwischen der Anzahl Barr<strong>ie</strong>ren und<br />
der genetischen Differenz<strong>ie</strong>rung zwischen<br />
den Standorten (Bild 5b). D<strong>ie</strong> Populations-<br />
struktur der Groppe in der Sense scheint<br />
insofern durch d<strong>ie</strong> Verbauungen beeinflusst<br />
zu werden (Junker, 2010; Junker et<br />
al., eingereicht). D<strong>ie</strong> Groppe w<strong>ie</strong>s an der<br />
Sense eine relativ hohe genetische Differenz<strong>ie</strong>rung<br />
auf (Tabelle 3) und ebenfalls<br />
eine hohe genetische Diversität.<br />
7.3 Populationsgenetische Struktur<br />
des K<strong>ie</strong>sbankgrashüpfers an<br />
der Isar<br />
Der K<strong>ie</strong>sbankgrashüpfer (Chorthippus pullus)<br />
ist eine in der Schweiz vom Aussterben<br />
bedrohte Heuschreckenart. D<strong>ie</strong>ser Grashüpfer<br />
bes<strong>ie</strong>delt K<strong>ie</strong>sbänke mit geringer<br />
Vegetationsdichte und hat als Kurzflügler<br />
nur ein geringes Ausbreitungspotenzial.<br />
Für d<strong>ie</strong>se Art stellten Stauseen Barr<strong>ie</strong>ren<br />
für den Genfluss zwischen Populationen<br />
entlang der Isar dar (Bild 6a). Wir haben<br />
d<strong>ie</strong> populationsgenetische Struktur d<strong>ie</strong>ser<br />
Art mit fünf Mikrosatellitenmarkern<br />
an der Obern Isar in Deutschland untersucht<br />
(Karpati et al., in Vorbereitung). Der<br />
<strong>Flu</strong>ssabschnitt zwischen beiden Stauseen<br />
f<strong>ie</strong>l zwischen 1949 und 1990 jeden<br />
Sommer aufgrund von Ausleitungen trocken.<br />
Beim K<strong>ie</strong>sbankgrashüpfer wurde<br />
in d<strong>ie</strong>sem <strong>Flu</strong>ssabschnitt eine unerwartet<br />
grossräumige genetische Durchmischung<br />
nachgew<strong>ie</strong>sen (Tabelle 3) und eine<br />
hohe genetische Diversität. D<strong>ie</strong> geringen<br />
Abflussmengen förderten eine Vernetzung<br />
der K<strong>ie</strong>sbänke und somit auch d<strong>ie</strong><br />
Durchmischung der Populationen d<strong>ie</strong>ser<br />
Art. D<strong>ie</strong> seit 1990 vorgeschr<strong>ie</strong>bene Restwassermenge<br />
in der Isar führte hingegen<br />
zu einer zunehmenden Verbuschung der<br />
K<strong>ie</strong>sbänke, was für den K<strong>ie</strong>sbankgrashüpfer<br />
problematisch ist, da sein Lebensraum<br />
schrumpft.<br />
7.4 Populationsgenetische Struktur<br />
der Tamariske<br />
D<strong>ie</strong> Tamariske (Myricaria germanica) ist<br />
ein den Vegetationstyp «Tamarisken-Weidengebüsch»<br />
(Moor, 1958) defin<strong>ie</strong>render<br />
Strauch, der in der Alluvialzone am Oberlauf<br />
von Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässern vorkommt. D<strong>ie</strong><br />
Art ist heute aufgrund von Habitatverlust<br />
und mangelnder Dynamik im Zusammenhang<br />
mit der Begradigung und Verbauung<br />
von Flüssen in Mitteleuropa selten geworden.<br />
D<strong>ie</strong> Tamariske pflanzt sich mit kleinen,<br />
flugfähigen Samen fort, d<strong>ie</strong> über Wind<br />
oder Wasser ausgebreitet werden können;<br />
insofern hätten wir für d<strong>ie</strong>se Art hohen<br />
Genfluss erwartet und somit keine ausgeprägte<br />
Differenz<strong>ie</strong>rung zwischen Populationen<br />
innerhalb von Einzugsgeb<strong>ie</strong>ten.<br />
Wir haben d<strong>ie</strong>se Art mit 20 nuklearen<br />
Mikrosatelliten untersucht (Werth,<br />
230 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Scheidegger, 2011). An der Oberen Isar<br />
in Süddeutschland fanden wir unterwartet<br />
eine deutliche genetische Differenz<strong>ie</strong>rung<br />
oberhalb und unterhalb von Stauseen, das<br />
heisst deutliche Untersch<strong>ie</strong>de in der genetischen<br />
Zusammensetzung von Populationen<br />
(Bild 6b) (Werth et al., in Vorbereitung).<br />
D<strong>ie</strong>s bedeutet, dass Stauseen für d<strong>ie</strong>se<br />
Pflanzenart schwer überwindbare Barr<strong>ie</strong>ren<br />
darstellen, obwohl d<strong>ie</strong> Tamariske dank<br />
ihrer durch Wind und Wasser verbreiteten<br />
Samen ein hohes Ausbreitungspotenzial<br />
hat. D<strong>ie</strong> Art hatte eine relativ n<strong>ie</strong>drige genetische<br />
Diversität, aber w<strong>ie</strong>s einen hohen<br />
Grad der genetischen Differenz<strong>ie</strong>rung auf,<br />
was typisch ist für Arten, d<strong>ie</strong> Metapopulationen<br />
bilden (Tabelle 3).<br />
In der Schweiz zeigt d<strong>ie</strong> Tamariske<br />
am Oberlauf der Maggia und am Rhein Metapopulationen,<br />
während s<strong>ie</strong> vor allem im<br />
Mittelland und im Wallis isol<strong>ie</strong>rte Populationen<br />
aufweist, und am Inn eine kontinu<strong>ie</strong>rliche<br />
Population bildet (Bild 7). D<strong>ie</strong> Metapopulation<br />
an der Maggia haben einen<br />
Source-Sink-Charakter, wo d<strong>ie</strong> im obersten<br />
Bereich des Einzugsgeb<strong>ie</strong>ts gelegenen<br />
Populationen d<strong>ie</strong> Quelle für Neubes<strong>ie</strong>dlungen<br />
von K<strong>ie</strong>sbänken flussabwärts darstellen.<br />
Am Schweizer Inn w<strong>ie</strong>sen wir eine<br />
kontinu<strong>ie</strong>rliche Population für d<strong>ie</strong> Tamariske<br />
nach. D<strong>ie</strong> genetische Diversität der<br />
Tamariskenbestände am Inn war sehr<br />
n<strong>ie</strong>drig und l<strong>ie</strong>ss darauf schl<strong>ie</strong>ssen, dass<br />
d<strong>ie</strong> Art das Geb<strong>ie</strong>t entweder durch einige<br />
wenige Individuen bes<strong>ie</strong>delt haben muss,<br />
oder dass d<strong>ie</strong> Bestände durch einen sogenannten<br />
«genetischen Flaschenhals»<br />
gegangen sein müssen bevor s<strong>ie</strong> sich<br />
räumlich ausgedehnt haben (Box 2). In<br />
beiden Fällen gehen wir davon aus, dass<br />
d<strong>ie</strong> Tamarisken historisch vernetzt gewesen<br />
sein müssen, etwa dadurch, dass we-<br />
Genetischer Flaschenhals und<br />
genetische Drift<br />
Bei einem genetischen Flaschenhals<br />
sind Populationen über mehrere Generationen<br />
hinweg klein und verl<strong>ie</strong>ren<br />
v<strong>ie</strong>l ihrer ursprünglichen genetischen<br />
V<strong>ie</strong>lfalt durch genetische Drift. D<strong>ie</strong> genetische<br />
Drift ist eine durch Zufall bedingte<br />
Versch<strong>ie</strong>bung der Allelfrequenz,<br />
bei der meist seltene Allele verschwinden,<br />
aber auch ursprünglich selten vorkommende<br />
Allele an Häufigkeit zunehmen<br />
können. Falls Populationen über<br />
v<strong>ie</strong>le Generationen hinweg klein sind,<br />
kann d<strong>ie</strong> genetische Drift zur Fix<strong>ie</strong>rung<br />
einzelner Allele in bestimmten Populationen<br />
führen.<br />
Bild 8. Populationsstruktur der Tamariske am Rhein in der Schweiz, relativ zur geo -<br />
grafischen Lage natürlicher und anthropogener Barr<strong>ie</strong>ren (schwarze Balken, breit:<br />
Schluchten, schmal: kanalis<strong>ie</strong>rter Abschnitt mit wenigen K<strong>ie</strong>sinseln). Quelle: Silke<br />
Werth.<br />
nige, eng verwandte Individuen das Geb<strong>ie</strong>t<br />
bes<strong>ie</strong>delten. Aufgrund d<strong>ie</strong>ser historischen<br />
Effekte ist d<strong>ie</strong> Diversität am Inn zu n<strong>ie</strong>drig,<br />
um genetisch versch<strong>ie</strong>dene Populationen<br />
nachzuweisen.<br />
Unsere Ergebnisse für d<strong>ie</strong> Deutsche<br />
Tamariske vom Rhein in der Schweiz<br />
zeigen deutlich, dass auch natürliche Barr<strong>ie</strong>ren<br />
w<strong>ie</strong> etwa Schluchten (dicke Balken,<br />
Bild 8) einen Effekt auf d<strong>ie</strong> genetische<br />
Struktur haben können – d<strong>ie</strong> lokalen Populationen<br />
der Tamariske w<strong>ie</strong>sen deutliche<br />
genetische Untersch<strong>ie</strong>de oberhalb und<br />
unterhalb d<strong>ie</strong>ser Barr<strong>ie</strong>ren auf, während<br />
der unterhalb gelegene <strong>Flu</strong>ssabschnitt,<br />
der keine Barr<strong>ie</strong>ren aufw<strong>ie</strong>s, d<strong>ie</strong> genetisch<br />
ähnlicheren Bestände hatte. Ein kanalis<strong>ie</strong>rter<br />
<strong>Flu</strong>ssabschnitt zeigte keine deutliche<br />
Barr<strong>ie</strong>rewirkung (schmaler Balken, Bild 8).<br />
Eine weitere Beobachtung war, dass d<strong>ie</strong><br />
Tamariskenpopulationen im Unterlauf<br />
meist eine Mischung versch<strong>ie</strong>dener genetischer<br />
Gruppen aufw<strong>ie</strong>sen, während am<br />
Oberlauf häufig reine Vorkommen gefunden<br />
wurden. D<strong>ie</strong>ses Ergebnis deutete an,<br />
dass eine Ausbreitung der Samen mit dem<br />
Wasser für d<strong>ie</strong>se Art eine wichtige Rolle<br />
sp<strong>ie</strong>len könnte.<br />
8. Massnahmen zur Verbesserung<br />
der Vernetzung<br />
8.1 Verbesserung der longitudinalen<br />
Vernetzung für d<strong>ie</strong> Fischfauna<br />
durch Blockrampen<br />
Zur W<strong>ie</strong>derherstellung der Wanderkorridore<br />
für Fische bei Wehren und Dämmen<br />
werden technische Fischtreppen oder naturnahe<br />
Umgehungsgerinne gebaut. Eine<br />
weitere Massnahme ist d<strong>ie</strong> Entfernung von<br />
Wanderhindernissen, zum Beisp<strong>ie</strong>l Wehre<br />
oder künstliche Abstürze. Im Kanton Aargau<br />
wurden d<strong>ie</strong> Kosten für d<strong>ie</strong> Beseitigung<br />
solcher Hindernisse je nach Gewässer auf<br />
40 000 bis 100 000 Franken pro Meter Absturzhöhe<br />
geschätzt (Berner, 2006). D<strong>ie</strong><br />
San<strong>ie</strong>rung von Überfällen sollte nicht nach<br />
dem Zufallsprinzip erfolgen, sondern eine<br />
Prioris<strong>ie</strong>rungsanalyse über d<strong>ie</strong> zu entfernenden<br />
Hindernisse ist vorrangig durchzuführen<br />
(Zitek et al., 2007; Fahrni, 2011).<br />
Als Ersatz zur Sohlenstabilis<strong>ie</strong>rung werden<br />
bei der Entfernung von Überfällen Blockrampen<br />
gebaut. Eine Blockrampe ist eine<br />
mit Steinblöcken befestigte Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässerstrecke<br />
mit erhöhtem Gefälle, welche<br />
d<strong>ie</strong> Fischgängigkeit ermöglichen soll. Versch<strong>ie</strong>dene<br />
Faktoren sind entscheidend<br />
beim Bau von untersch<strong>ie</strong>dlichen Blockrampentypen.<br />
D<strong>ie</strong> Stabilität, insbesondere<br />
des Rampenfusses, muss bei einem<br />
Hochwasserereignis gewährleistet sein.<br />
D<strong>ie</strong> Blockrampe, bez<strong>ie</strong>hungsweise ihr Gefälle,<br />
muss so dimension<strong>ie</strong>rt sein, dass für<br />
Fische geeignete Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>eschwindigkeiten<br />
und Wassert<strong>ie</strong>fen entstehen. Als Richtwert<br />
wird in der Literatur eine maximale Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>eschwindigkeit<br />
von 1.6 bis 2.0 m/s defin<strong>ie</strong>rt<br />
(DVWK, 1996). Dabei muss allerdings<br />
beachtet werden, dass d<strong>ie</strong> Schwimm- und<br />
Springleistungen der einzelnen Fischarten<br />
voneinander versch<strong>ie</strong>den sind. Es gilt, sowohl<br />
d<strong>ie</strong> im Gewässer vorkommende als<br />
auch d<strong>ie</strong> potent<strong>ie</strong>lle Fischfauna zu berück-<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 231<br />
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement<br />
Tabelle 4. Ausgewählte Resultate zur Erfolgskontrolle für den Fischaufst<strong>ie</strong>g an Blockrampen (kleine Individuen: 75% sehr gut; 1–35% eingeschränkt).<br />
sichtigen, welche sich nach Fischregion<br />
unterscheidet (Ill<strong>ie</strong>s, 1961). An versch<strong>ie</strong>denen<br />
Blockrampen wurden Erfolgskontrollen<br />
zum Fischaufst<strong>ie</strong>g durchgeführt.<br />
Fische wurden oberhalb der Rampe<br />
gefangen, mark<strong>ie</strong>rt und unter d<strong>ie</strong> Rampe<br />
versetzt. D<strong>ie</strong> Rückwanderung der mark<strong>ie</strong>rten<br />
Fische über d<strong>ie</strong> Rampe bestimmte<br />
d<strong>ie</strong> Durchgängigkeit der Rampen für versch<strong>ie</strong>dene<br />
Fischarten und deren Grössenklassen<br />
(Weibel, Peter, eingereicht;<br />
Weibel et al., in Vorbereitung). Es zeigte<br />
sich, dass d<strong>ie</strong> Aufwärtswanderung je nach<br />
Fischart, Grössenklasse der Individuen<br />
und Blockrampe untersch<strong>ie</strong>dlich effiz<strong>ie</strong>nt<br />
ist (Tab. 4). Während d<strong>ie</strong> schwimmstarke<br />
Bachforelle auch über steile Rampen mit<br />
Gefälle >6% wanderte, hatten d<strong>ie</strong> Kleinfischart<br />
Groppe und d<strong>ie</strong> Cypriniden (Karpfenartige)<br />
Schw<strong>ie</strong>rigkeiten, solchen Rampen<br />
zu durchschwimmen. Auch für kleine<br />
Bachforellen war d<strong>ie</strong> Durchgängigkeit eingeschränkt.<br />
Gerade in der Aeschenregion,<br />
wo mehrere Fischarten vorkommen, soll<br />
das Gefälle der Rampen den leistungsschwächeren<br />
Cypriniden (z.B. Strömer,<br />
Nase, Gründling) angepasst werden. Es<br />
zeigte sich, dass der Bau von Blockrampen<br />
zur W<strong>ie</strong>derherstellung der Durchwanderbarkeit<br />
sinnvoll ist. Allerdings muss d<strong>ie</strong><br />
Blockrampe an d<strong>ie</strong> jeweilige Fischzone angepasst<br />
sein. Unsere Ergebnisse zeigten,<br />
dass eine Blockrampe nur dann relativ steil<br />
gebaut sein darf, wenn d<strong>ie</strong> Bachforelle d<strong>ie</strong><br />
einzige vorkommende Fischart ist. Um das<br />
ökologische Potential von Blockrampen<br />
auszuschöpfen, sind Erfolgskontrollen<br />
über den Fischaufst<strong>ie</strong>g empfehlenswert.<br />
8.2 Vernetzung aquatischer und<br />
terrestrischer Ökosysteme<br />
bei Revitalis<strong>ie</strong>rungen<br />
Bei <strong>Flu</strong>ssrevitalis<strong>ie</strong>rungen ist generell zu<br />
berücksichtigen, dass d<strong>ie</strong> revitalis<strong>ie</strong>rten<br />
Strecken mit möglichst naturnahen <strong>Flu</strong>ssabschnitten<br />
vernetzt werden. Besonders<br />
wichtig für d<strong>ie</strong> Vernetzung der Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer<br />
ist eine Anbindung der Seitenzuflüsse<br />
(Ammann, 2006). H<strong>ie</strong>r können<br />
oftmals mit geringem flussbaulichem<br />
Aufwand erstaunliche Ergebnisse erz<strong>ie</strong>lt<br />
werden, indem Einmündungen aufgeweitet<br />
werden, was d<strong>ie</strong> Durchgängigkeit für<br />
versch<strong>ie</strong>dene Organismen verbessern<br />
kann (Ribeiro et al., 2011). Eine Anbindung<br />
der Seitengewässer an artenreiche Hauptgewässer<br />
kann zu raschen Erfolgen führen,<br />
w<strong>ie</strong> zu einer Erhöhung der Artenzahlen der<br />
aquatischen Fauna innerhalb kurzer Zeit.<br />
So wurde etwa d<strong>ie</strong> Anzahl der Fischarten<br />
des L<strong>ie</strong>chtensteiner Binnenkanals durch<br />
d<strong>ie</strong> Vernetzung mit dem Hauptgewässer<br />
Alpenrhein im Zuge einer Revitalis<strong>ie</strong>rung<br />
von sechs Arten auf 16 erhöht (Bohl et al.,<br />
2004). Auch d<strong>ie</strong> Auenstandorte sollten<br />
durch Revitalis<strong>ie</strong>rungen miteinander vernetzt<br />
werden. Dabei ist auf den Raumbedarf<br />
v<strong>ie</strong>ler Auenarten zu achten.<br />
D<strong>ie</strong> Vernetzung von Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässern<br />
ist von ma<strong>ssg</strong>eblicher Bedeutung,<br />
nicht nur für d<strong>ie</strong> Erhaltung und W<strong>ie</strong>derherstellung<br />
der typischen Artenv<strong>ie</strong>lfalt der<br />
<strong>Flu</strong>sslandschaften, sondern auch für den<br />
Ablauf der natürlichen ökologischen Prozesse<br />
sow<strong>ie</strong> für den Gesch<strong>ie</strong>behaushalt.<br />
D<strong>ie</strong> W<strong>ie</strong>derherstellung der Vernetzung<br />
der Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer wird in den nächsten<br />
Jahren und Jahrzehnten im Fokus des Revitalis<strong>ie</strong>rungsgeschehens<br />
in der Schweiz<br />
stehen.<br />
232 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Danksagung<br />
Grosser Dank geht an d<strong>ie</strong> v<strong>ie</strong>len Helfer, welche<br />
bei den zahlreichen elektrischen Abfischungen<br />
mitgewirkt haben. H<strong>ie</strong>rmit bedanken wir uns bei<br />
Michael Schödl, Barbara Krummenacher, Nino<br />
Maag und Anna Rist für Hilfe bei der Feldarbeit<br />
für den K<strong>ie</strong>sbankgrashüpfer und d<strong>ie</strong> Tamariske.<br />
Christopher T. Robinson, Irene Keller und Anja<br />
Westram haben v<strong>ie</strong>l zur Planung, Durchführung<br />
und Auswertung der Arbeit zum Bachflohkrebs<br />
und zur Eintagsfl<strong>ie</strong>ge beigetragen. Wir danken<br />
Christina Baumgartner für ihren Beitrag zur lateralen<br />
Vernetzung an der Bünz. Saran Cheenacharoen,<br />
Tabea Lanz, Nino Maag, Lara Pfister<br />
und Yuppayao Kophimai haben Proben präpar<strong>ie</strong>rt<br />
und einen Teil der DNA-Extraktionen durchgeführt.<br />
D<strong>ie</strong> Proben der Tamariske, des K<strong>ie</strong>sbankgrashüpfers,<br />
des Bachflohkrebses und<br />
der Eintagsfl<strong>ie</strong>ge wurden teilweise am Genetic<br />
Diversity Center (GDC) der ETH Zürich analys<strong>ie</strong>rt;<br />
wir danken Aria Minder und Tania Torossi<br />
für ihre freundliche Unterstützung. Herzlichen<br />
Dank an Sonia Angelone für Mithilfe bei den<br />
Abbildungen. Wir danken der EAWAG für einen<br />
Action F<strong>ie</strong>ld Grant zur Finanz<strong>ie</strong>rung der genetischen<br />
Analysen von Eintagsfl<strong>ie</strong>ge und Bachflohkrebs.<br />
D<strong>ie</strong> in d<strong>ie</strong>sem Artikel vorgestellten<br />
Untersuchungen wurden im Rahmen einer Forschungszusammenarbeit<br />
mit dem BAFU als Teil<br />
des Projektes «Integrales <strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement»<br />
(07.0071.PJ / G473-0382) durchgeführt.<br />
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Schlüsselwörter<br />
Laterale Vernetzung, longitudinale Vernetzung,<br />
vertikale Vernetzung, Populationsgenetik, genetische<br />
Differenz<strong>ie</strong>rung, Bachflohkrebs (Gammarus<br />
fossarum), Eintagsfl<strong>ie</strong>ge (Baetis rhodani),<br />
Groppe (Cottus gobio), K<strong>ie</strong>sbankgrashüpfer<br />
(Chorthippus pullus), Tamariske (Myricaria germanica),<br />
Sense, Isar, <strong>Flu</strong>ssrevitalis<strong>ie</strong>rungen.<br />
Anschrift der Verfasser<br />
Silke Werth 1 , 5 , Denise Weibel 2 ,<br />
Maria Alp 3 , 4 , Julian Junker 2 , Theresa Karpati 1 ,<br />
Armin Peter 2 , Christoph Scheidegger 1<br />
1 FE Biodiversität und Naturschutzbiolog<strong>ie</strong>,<br />
WSL, CH-8903 Birmensdorf, Schweiz<br />
2 Dept. Fischökolog<strong>ie</strong> und Evolution, Eawag,<br />
CH-6047 Kastan<strong>ie</strong>nbaum, Schweiz<br />
3 Dept. Aquatische Ökolog<strong>ie</strong>, Eawag<br />
CH-8600 Dübendorf, Schweiz<br />
4<br />
Institut für Integrative Biolog<strong>ie</strong>, ETH Zürich,<br />
CH-8092 Zürich, Schweiz<br />
5<br />
E-mail der korrespond<strong>ie</strong>renden Autorin:<br />
silke.werth@wsl.ch<br />
234 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Elargissement local de l’affluent dans une<br />
zone de confluence<br />
Comportement morphologique et potent<strong>ie</strong>l écologique<br />
Marcelo Leite Ribeiro, Koen Blanckaert, Jean-Louis Boillat, Anton Schleiss<br />
Les aménagements des cours d’eau ont été responsables<br />
d’un considérable affaiblissement de la valeur écologique de<br />
systèmes fluviaux dans les régions alpines d’Europe. Dans<br />
ce contexte, la morphodynamique des confluences alpines<br />
aménagées est étudiée expérimentalement, avec une attention<br />
particulière sur le potent<strong>ie</strong>l d’un élargissement local de<br />
l’affluent en cas de renaturation des confluences. Les résultats<br />
montrent qu’un élargissement local de l’affluent augmente la<br />
Local widening of a tributary in the confluence zone – morphodynamic<br />
behavior and ecological potential. In alpine regions of Europe,<br />
river training works were responsible for a considerable<br />
impoverishment of river ecosystems. The morphodynamics of<br />
regulated confluences have been experimentally investigated<br />
with special attention to the potential of local tributary widening<br />
in the framework of confluence rehabilitation projects. Results<br />
Aufweitung von Seitengewässern im Einmündungsbereich – morphodynamisches<br />
Verhalten und ökologisches Potenzial. D<strong>ie</strong> Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässerkorrektionen<br />
im europäischen Alpenraum haben v<strong>ie</strong>lerorts<br />
zu einer Verarmung der ökologischen Funktionsfähigkeit der Gewässernetze<br />
geführt. Besonderes kritisch sind dabei d<strong>ie</strong> Einmündungen<br />
von Seitengewässern. Im Rahmen einer experimentellen<br />
Forschungsarbeit wurde deshalb d<strong>ie</strong> Morphodynamik von kanalis<strong>ie</strong>rten<br />
Einmündungen im Hinblick auf ihr Renatur<strong>ie</strong>rungspotenzial<br />
untersucht. Dabei hat sich gezeigt dass eine lokale Aufweitung des<br />
Seitengewässers im Einmündungsbereich d<strong>ie</strong> Gewässermorpholog<strong>ie</strong><br />
hinsichtlich V<strong>ie</strong>lfalt von Sohlensubstrat, Wassert<strong>ie</strong>fen und<br />
1. Introduction<br />
Les aménagements des cours d’eau<br />
dans les régions alpines d’Europe ont<br />
généralement transformé les larges<br />
rivières en tresses ou en bancs alternés<br />
en systèmes linéaires. Ceux-ci se caractérisent<br />
par un manque de diversité<br />
structurale, à savoir de bancs de grav<strong>ie</strong>rs,<br />
d’îles, d’alternance de rapides et de<br />
zones calmes, comme c’est le cas du<br />
Rhône supér<strong>ie</strong>ur, en Suisse (Figure 1).<br />
Ces interventions ont considérablement<br />
Résumé<br />
Abstract<br />
Zusammenfassung<br />
appauvri la valeur écologique de ces<br />
systèmes.<br />
A partir de la fin du 20 ème siècle,<br />
«la renaturation des cours d’eau» est<br />
devenue un concept de référence pour<br />
les professionnels de l’environnement et<br />
les autorités responsables de la gestion<br />
des cours d’eau. Le but prioritaire de la<br />
renaturation est de restituer l’espace vital<br />
nécessaire au cours d’eau, fortement dégradé<br />
par les interventions humaines.<br />
Ce concept assoc<strong>ie</strong> une utilisation<br />
variabilité sédimentaire du substrat ainsi que la diversité de la<br />
profondeur et des vitesses d’écoulement. Cette réponse est<br />
favorable au développement des habitats et au rétablissement<br />
de la connectivité latérale et longitudinale des réseaux fluviaux.<br />
L’élargissement offre un grand potent<strong>ie</strong>l d’amélioration du statut<br />
écologique, aussi b<strong>ie</strong>n localement qu’à l’échelle du bassin<br />
versant. De surcroit, ce gain lié à l’élargissement n’est pas assorti<br />
d’effets contraires concernant la protection contre les crues.<br />
show that local widening of the tributary in the confluence zone<br />
increases the heterogeneity in sediment substrate, flow depth and<br />
flow velocity. This is favorable for in-stream habitat and for the connectivity<br />
between the main river and the tributary. Therefore, it has<br />
a high potential to improve ecological status both locally and on<br />
the stream catchment scale. In addition, local tributary widening<br />
is not associated to adverse impacts on flood safety.<br />
Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>eschwindigkeiten stark verbessert. Dadurch ergeben sich<br />
güns tige Bedingungen für neue aquatische Lebensräume. Zudem<br />
wird d<strong>ie</strong> durch d<strong>ie</strong> Gewässerkorrektionen verloren gegangene<br />
Durchgängigkeit der Einmündungen w<strong>ie</strong>der hergestellt. D<strong>ie</strong> lokale<br />
Aufweitung von Seitengewässern im Einmündungsbereich hat deshalb<br />
eine weiträumige positive Auswirkung auf den ökologischen<br />
Zustand des Gewässernetzes. D<strong>ie</strong> Untersuchungen haben zudem<br />
gezeigt dass d<strong>ie</strong> Aufweitung von Seitengewässern im Mündungsbereich<br />
d<strong>ie</strong> Hochwassersicherheit bezüglich Gesch<strong>ie</strong>betransport<br />
und Abflusskapazität keineswegs nachteilig beeinflusst.<br />
durable des cours d’eaux avec le b<strong>ie</strong>nêtre<br />
des communautés riveraines. La<br />
reconstruction de l’espace vital se fait<br />
très souvent par un élargissement de<br />
tronçons de cours d’eau, pour permettre le<br />
rétablissement de la dynamique morphosédimentaire.<br />
De surcroît, les protections<br />
contre les crues doivent être adaptées aux<br />
risques hydrologiques liés à l’urbanisation<br />
croissante.<br />
Les confluences sont les nœuds<br />
des réseaux fluviaux. Il s’agit de points<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 235<br />
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement<br />
Figure 1a. Carte Napoléon<strong>ie</strong>nne du Rhône dans la région de St-Léonard en 1802<br />
(SRCE-VS, 2008) et b) vue actuelle d’un tronçon canalisé du Rhône supér<strong>ie</strong>ur.<br />
extrêmement importants du point de<br />
vue hydraulique mais aussi écologique.<br />
Hydrauliquement, la jonction entre<br />
deux ou plus<strong>ie</strong>urs affluents crée des<br />
zones d’écoulement tridimensionnel<br />
très complexe. Cette complexité hydrodynamique,<br />
associée aux différents<br />
régimes de transport solide génère des<br />
zones de dépôt et d’érosion qui peuvent<br />
avoir des conséquences importantes lors<br />
de crues (Best, 1988; Boyer, et al., 2006;<br />
Rhoads, et al., 2009).<br />
D’un point de vue environnemental,<br />
les confluences exercent des fonctions<br />
importantes pour la connectivité latérale<br />
et longitudinale ainsi que pour l’apport<br />
d’éléments organiques nécessaires à<br />
la surv<strong>ie</strong> des écosystèmes fluviaux. Les<br />
divers paramètres caractéristiques des<br />
confluences, tels que les débits, les régimes<br />
de transport solide, les apports organiques<br />
et la morpholog<strong>ie</strong> confèrent à ces zones<br />
une hétérogénéité environnementale qui<br />
ne se retrouve nulle part dans d’autres<br />
tronçons de rivières (McBride, et al.,<br />
2008; Rice, et al., 2008; Mac Nally, et al.,<br />
2011). Ceci permet d’affirmer que les<br />
projets de renaturation des cours d’eaux<br />
n’atteignent pas les objectifs souhaités si<br />
la connectivité latérale et longitudinale du<br />
réseau n’est pas assurée (Palmer, 2009,<br />
Lake et al., 2007). Cette connectivité est<br />
essent<strong>ie</strong>lle pour rel<strong>ie</strong>r les populations des<br />
bassins versants, pour la conservation de<br />
la diversité génétique et taxonomique et<br />
pour connecter les habitats aux différents<br />
stades de v<strong>ie</strong> des organismes aquatiques<br />
(Lake et al., 2007). Pour cela, les projets de<br />
renaturation des confluences sont d’une<br />
extrême importance.<br />
Les confluences rencontrées dans<br />
les régions alpines sont généralement<br />
caractérisées par des petits cours d’eaux à<br />
forte pente dont le lit est formé de grav<strong>ie</strong>rs<br />
et qui se connectent asymétriquement<br />
à la rivière principale sous de grands<br />
angles. Pendant les crues, les petits<br />
affluents transportent d’importantes<br />
quantités de sédiments. Ces zones ont été<br />
particulièrement affectées par les travaux<br />
de correction réalisés dès le 18 ème siècle et<br />
présentent actuellement un défi important,<br />
non seulement pour la protection contre<br />
les crues, mais aussi pour la renaturation.<br />
Les connaissances actuelles sur le<br />
comportement morphologique des confluences<br />
concernent principalement les<br />
régions de plaine (Roy and Bergeron,<br />
1990; Biron, et al., 1993; Rhoads and<br />
Kenworthy, 1995; Leclair and Roy, 1997;<br />
Rhoads and Kenworthy, 1998) et ne sont<br />
pas applicables au type de confluences<br />
rencontré dans les vallées alpines (Leite<br />
Ribeiro, et al., 2009; Leite Ribeiro, 2011;<br />
Leite Ribeiro, et al., 2011).<br />
Dans le présent projet, la morphodynamique<br />
de confluences similaires à<br />
celles trouvées dans le bassin du Rhône<br />
supér<strong>ie</strong>ur est étudiée expérimentalement.<br />
Une attention particulière est portée au<br />
potent<strong>ie</strong>l écologique d’un élargissement<br />
local de l’affluent dans une perspective de<br />
renaturation des confluences.<br />
2. Etat écologique des<br />
confluences, à l’exemple<br />
du Rhône supér<strong>ie</strong>ur<br />
Une analyse de la valeur écologique actuelle<br />
des confluences de la plaine du Rhône en<br />
amont du Léman ainsi que de leur potent<strong>ie</strong>l<br />
écologique a été réalisée par Bourgeois<br />
(2006). La méthodolog<strong>ie</strong> développée<br />
repose sur 4 domaines: l’écomorpholog<strong>ie</strong>,<br />
le régime d’écoulement, la qualité de l’eau<br />
et la connectivité. Elle est appliquée aux<br />
principales confluences du Rhône à l’aval<br />
de Brigue:<br />
Ecomorpholog<strong>ie</strong>: Ce domaine décrit le<br />
degré d’artificialisation du tracé, du<br />
lit et des berges des cours d’eau,<br />
principalement dû à l’urbanisation et à<br />
l’intensification de l’agriculture à<br />
proximité ainsi qu’à la nécessité de<br />
protéger ces zones contre les crues.<br />
Ecoulement: Ce domaine considère<br />
le régime hydrologique de chaque<br />
cours d’eau. La modulation des débits<br />
ainsi que le transport solide peuvent<br />
être perturbés par des aménagements<br />
hydroélectriques existants. L’exploitation<br />
de gravières est aussi un facteur<br />
important pour le changement de<br />
régime du transport solide.<br />
Qualité de l’eau: Ce domaine examine<br />
les altérations de la qualité de l’eau<br />
dues aux rejets d’eaux usées<br />
(ménagères ou industr<strong>ie</strong>lles) et aux<br />
apports diffus de l’agriculture et du<br />
ruissellement. Ces rejets peuvent être<br />
préjudiciables à la faune et la flore.<br />
Connectivité: La connectivité latérale<br />
est le dern<strong>ie</strong>r domaine analysé. Elle<br />
est importante notamment pour la<br />
migration des poissons et des<br />
invertébrés. Plus<strong>ie</strong>urs affluents sont<br />
actuellement aménagés avec des<br />
seuils pour fixer leur profil en long, ce<br />
qui représente la plus grande cause du<br />
manque de connectivité latérale.<br />
La représentation graphique des résultats<br />
d’analyse selon ces quatre axes est<br />
présentée à la Figure 2. Il en ressort que<br />
l’état écologique actuel des affluents du<br />
Rhône supér<strong>ie</strong>ur est globalement faible<br />
et qu’aucune confluence ne présente un<br />
état écologique qui lui permette d’assurer<br />
entièrement ses diverses fonctions.<br />
Figure 2. Représentationgéographique<br />
de l’état<br />
actuel et du potent<strong>ie</strong>l<br />
écologique des<br />
affluents du Rhône<br />
supér<strong>ie</strong>ur en plaine<br />
selon Bourgeois<br />
(2006).<br />
236 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Les déficits actuels, avant tout écomorphologiques<br />
et hydrologiques, sont<br />
b<strong>ie</strong>n mis en évidence. Pour restaurer la<br />
valeur écologique de la plaine du Rhône<br />
supér<strong>ie</strong>ur, des mesures telles que la<br />
renaturation des cours d’eau, le maint<strong>ie</strong>n<br />
des débits d’étiage ou la suppression de<br />
seuils sont dès lors importantes. Comme<br />
illustré dans la Figure 3, ces mesures<br />
présentent des coûts raisonnables et<br />
sont actuellement considérées dans les<br />
multiples projets d’aménagement de cours<br />
d’eau dans le cadre de la 3ème Correction<br />
du Rhône supér<strong>ie</strong>ur (SRCE-VS, 2008).<br />
3. Etude expérimentale du<br />
comportement morphodynamique<br />
des confluences<br />
3.1 Description de l’étude<br />
Le comportement morphodynamique<br />
des confluences a été systématiquement<br />
étudié en laboratoire pour quantif<strong>ie</strong>r<br />
l’influence d’un élargissement local de<br />
Figure 3. Etat<br />
écologique actuel<br />
et potent<strong>ie</strong>l et coût<br />
total annuel par<br />
confluence<br />
selon Bourgeois<br />
(2006).<br />
l’affluent à l’embouchure. L’installation<br />
expérimentale et les configurations testées<br />
sont inspirées de la situation sur le Rhône<br />
supér<strong>ie</strong>ur. Elles ne représentent toutefois<br />
pas une confluence existante, mais plutôt<br />
une confluence schématisée (Leite Ribeiro,<br />
2011). L’installation est constituée d’un<br />
canal principal de 8.5 m de longueur et<br />
0.50 m largeur. L’affluent, d’une longueur<br />
de 4.9 m et d’une largeur de 0.15 m, se<br />
connecte au canal principal sous un angle<br />
de 90° (Figure 4). Les rapports de largeur<br />
entre l’affluent et le canal principal (B t/B m)<br />
et entre l’amont et l’aval du canal principal<br />
(B m/B p-c) se trouvent dans la plage de<br />
valeurs observées pour les confluences du<br />
Rhône supér<strong>ie</strong>ur (Leite Ribeiro, 2011).<br />
Trois combinaisons de débits ont<br />
été considérées. Le débit en aval de la<br />
confluence est toujours de 20 l/s. L’unique<br />
changement concerne le ratio entre les<br />
débits de l’affluent (Q t) et du canal principal<br />
(Q m), soit Q r = Q t/Q m = 0.11 (faible ratio de<br />
débit), 0.15 (ratio de débit intermédiaire)<br />
Figure 4. Installation expérimentale et configurations d’élargissement de l’affluent<br />
testées (les cotes sont en mètres).<br />
et 0.23 (ratio de débit élevé). Ces débits<br />
représentent des crues morphogènes,<br />
c’est-à-dire de période de retour<br />
proche de 2 ans. Chaque combinaison<br />
de débits a été testée dans quatre<br />
différentes configurations de confluence:<br />
une configuration de référence (sans<br />
élargissement) et trois élargissements,<br />
appelés : Petit (B t = 0.30 m; L w = 0.45 m),<br />
Moyen (B t = 0.45 m; L w = 0.45 m) et Grand<br />
(B t = 0.45 m; L w = 0.60 m).<br />
Chaque essai a été réalisé en<br />
conditions stationnaires de débit dans<br />
l’affluent et le canal principal et un débit<br />
solide constant Q st = 0.30 kg/min constitué<br />
de sédiments à granulométr<strong>ie</strong> étendue<br />
(d 50 = 0.82 mm et coeffic<strong>ie</strong>nt de gradation<br />
σ = 4.15) dans l’affluent. La courbe<br />
granulométrique adimensionnelle de ce<br />
mélange est similaire à celles rencontrées<br />
dans le Rhône. Concrètement, il n’y a pas<br />
de transport de sédiments dans le canal<br />
principal en amont de la confluence. Cette<br />
simplification vise à reproduire le cas<br />
d’une crue de l’affluent où ce dern<strong>ie</strong>r<br />
transporte relativement plus de sédi -<br />
ments que le canal principal.<br />
Tous les essais ont démarré avec<br />
un fond plat et ont été poursuivis jusqu’à<br />
ce que les conditions d’équilibre so<strong>ie</strong>nt<br />
atteintes, c’est-à-dire, lorsqu’il n’y plus<br />
d’évolution morphologique entre deux<br />
pas de temps. Les essais ont duré entre<br />
22 et 24 heures. La présente analyse<br />
considère exclusivement la condition<br />
d’équilibre de chaque essai.<br />
3.2 Résultats expérimentaux<br />
3.2.1 Configuration de référence<br />
Les mesures et observations effectuées<br />
dans la configuration de référence, relatives<br />
au champ de vitesses en trois dimensions,<br />
à la turbulence de l’écoulement, à la<br />
granulométr<strong>ie</strong> des matériaux déposés, à la<br />
morpholog<strong>ie</strong> et au transport sédimentaire,<br />
ont révélé que les processus hydromorpho-sédimentaires<br />
des confluences<br />
des régions alpines sont différents de<br />
ceux décrits par des modèles existants de<br />
la morphodynamique des confluences.<br />
Pour illustrer les principaux processus<br />
morphodynamiques agissant sur une<br />
confluence de type alpin, un modèle<br />
conceptuel a été établi par Leite Ribeiro<br />
(2011).<br />
La morpholog<strong>ie</strong> des confluences<br />
résultant de cette étude est caractérisée<br />
par la présence d’un important banc<br />
de grav<strong>ie</strong>rs en aval de la confluence. La<br />
différence des profondeurs d’écoulement<br />
entre l’affluent et le canal principal<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 237<br />
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement<br />
conduit à l’existence d’une importante<br />
discordance entre les lits. De plus, aucune<br />
zone significative d’érosion n’est créée.<br />
En ce qui concerne l’hydrodynamique,<br />
la quantité de mouvement introduite<br />
par l’affluent, associée à la présence<br />
du banc, provoque une redistribution<br />
importante des masses dans la zone de<br />
confluence, induisant une déviation de<br />
l’écoulement principal vers la rive externe.<br />
L’écoulement principal proche du fond<br />
est peu modifié par l’affluent, donnant<br />
naissance à une structure d’écoulement<br />
à deux couches dans l’embouchure de<br />
l’affluent. Cet écoulement à deux couches<br />
joue un rôle important en empêchant la<br />
formation d’une zone de recirculation en<br />
aval de la confluence. Le banc de grav<strong>ie</strong>rs<br />
constitué à l’aval de la confluence réduit<br />
la surface d’écoulement et provoque son<br />
accélération. Les sédiments transportés<br />
par l’affluent sont triés et véhiculés sur le<br />
parement du banc.<br />
3.2.2 Configurations avec élargissement<br />
local de l’affluent à<br />
l’embouchure<br />
La morphodynamique des zones élarg<strong>ie</strong>s<br />
répond différemment aux combinaisons<br />
de débit et à la forme de l’élargissement.<br />
Dans l’ensemble des résultats présentés<br />
à la Figure 6 il est possible de distinguer<br />
3 zones caractéristiques principales dans<br />
l’élargissement, les zones sèches (zsc),<br />
les zones stagnantes (zst) et les corridors<br />
d’écoulement de l’affluent (cpe).<br />
Les zones sèches (zs) se<br />
rencontrent à l’entrée de l’élargissement<br />
et sont formées par remplissage au cours<br />
de l’essai. Selon les observations, ces<br />
zones sont alimentées par l’écoulement<br />
provenant de l’affluent et ne présentent pas<br />
d’écoulement. Les zones de stagnation<br />
sont formées par la rencontre des deux<br />
écoulements et peuvent progresser vers<br />
les zones élarg<strong>ie</strong>s en fonction du scénario<br />
étudié. Il est intéressant de remarquer<br />
que ces zones ne sont pas alimentées par<br />
l’affluent et ne sont par conséquent pas<br />
rempl<strong>ie</strong>s de sédiments.<br />
Concernant les corridors principaux<br />
d’écoulement, les essais ont montré<br />
qu’un élargissement local provoque<br />
tout d’abord une expansion latérale de<br />
l’écoulement et ensuite une contraction<br />
due à la rencontre avec l’écoulement du<br />
canal principal. L’expansion vers l’amont<br />
de l’écoulement dans la zone élarg<strong>ie</strong> (à<br />
gauche dans la Figure 6) est principalement<br />
associée à la longueur de l’élargissement.<br />
La limite amont ne change<br />
pas entre le petit élargissement et<br />
Figure 5. Modèle conceptuel des principaux processus morphodynamiques agissant<br />
sur une confluence de type alpin, entre un petit affluent dominant en terme de transport<br />
sédimentaire et un canal principal dominant en terme de débit (Leite Ribeiro, 2011). M1:<br />
Discordance de fond; M2: Banc de sédiments, M3: Corridors de transport des matériaux<br />
gross<strong>ie</strong>rs, M4: Corridors de transport des matériaux fins; M5: Petite zone d’érosion. F1:<br />
Ecoulement de surface provenant du canal principal, F2: Ecoulement proche du fond provenant<br />
du canal principal, F3: Ecoulement provenant de l’affluent, F4: Zone de stagnation,<br />
F5: Zone de cisaillement et F6: Vortex spirales dans le coin aval de la confluence.<br />
Figure 6. Vue de la zone élarg<strong>ie</strong> pour chacun des neuf essais. Les abréviations «zs»<br />
dénotent les zones sèches, «zst» les zones de stagnation et «cpe» les corridors d’écoulement.<br />
Les carrés trait-tillés sont illustrés par des photos dans la Figure 8.<br />
238 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Figure 7. Représentation des profondeurs d’eau dans les zones élarg<strong>ie</strong>s sous forme<br />
de boxplots avec la médiane (trait épais), les quartiles 0.25 et 0.75 (limites infér<strong>ie</strong>ur et<br />
supér<strong>ie</strong>ur du rectangle), et les valeurs maximales et minimales (trait-tillés). Dans les<br />
configurations de référence, les valeurs de profondeur d’eau ont été mesurées le long<br />
de l’affluent entre Y = 0.50 m et Y = 1.2 m (cf. Fig.4).<br />
l’élargissement moyen (de même longueur),<br />
soit entre la première et la deuxième<br />
ligne de la Figure 6. Par contre, la limite<br />
extér<strong>ie</strong>ure du corridor se déplace vers<br />
la gauche quand le grand élargissement<br />
est comparé à l’élargissement moyen.<br />
Tous les élargissements conduisent à un<br />
rattachement de l’écoulement sur le côté<br />
aval de l’élargissement.<br />
Le degré de liberté spatial introduit<br />
par l’élargissement, associé aux différents<br />
débits dans le cours d’eau principal et dans<br />
l’affluent conduit à la formation de zones<br />
morphologiques tridimensionnelles, d’une<br />
grande variabilité spatiale. La Figure 7<br />
montre les variations de profondeur<br />
d’eau mesurées dans les zones élarg<strong>ie</strong>s<br />
en comparaison de celles mesurées<br />
dans l’affluent pour la configuration de<br />
référence. La formation d’une morpholog<strong>ie</strong><br />
tridimensionnelle conduit à une plus<br />
grande variété de profondeurs d’eau<br />
en comparaison de la configuration de<br />
référence, ce qui est favorable à la création<br />
de biotopes.<br />
L’élargissement local de l’affluent<br />
conduit également à une variabilité importante<br />
du substrat du lit comme illustré à<br />
la Figure 8. Les zones sèches (zs) sont<br />
constituées de sédiments extrêmement<br />
fins (bancs de sable) alors que les<br />
corridors principaux d’écoulement sont<br />
caractérisés par une granulométr<strong>ie</strong> plus<br />
grossière. Les observations faites pendant<br />
les essais ont mis en évidence que les<br />
corridors de transport de sédiments dans<br />
les zones élarg<strong>ie</strong>s sont directement liés<br />
aux corridors principaux d’écoulement.<br />
Dans les scénarios à grand rapport de<br />
débit, les corridors de transport sont<br />
contractés et davantage guidés vers l’aval<br />
en comparaison des essais à petit rapport<br />
de débit (Figure 8).<br />
L’analyse des profils en long sur<br />
l’axe de l’affluent (Figure 9) montre que<br />
les changements morphologiques dus<br />
à l’expansion locale de l’affluent ne sont<br />
pas ressentis par les niveaux d’eau ni par<br />
la morpholog<strong>ie</strong> de l’affluent à l’amont de<br />
l’élargissement. Ce résultat très important<br />
indique qu’une intervention locale dans<br />
la zone de la confluence ne produit pas<br />
d’effets adverses pour la protection contre<br />
les crues. Ceci est principalement dû au<br />
caractère local de l’élargissement où la<br />
capacité de transport initialement réduite<br />
est rapidement rééquilibrée par une légère<br />
aggradation et aussi par la déviation du<br />
corridor d’écoulement par le flux provenant<br />
du canal principal.<br />
4. Potent<strong>ie</strong>l écologique de<br />
l’élargissement d’un affluent<br />
à l’embouchure<br />
L’élargissement vise à augmenter la<br />
morphodynamique d’un tronçon canalisé.<br />
Ceci est favorable au développement des<br />
habitats des invertébrés aquatiques, des<br />
poissons et de la végétation ainsi qu’à la<br />
création de hotspots pour la biodiversité<br />
(Benda et al., 2004, Rice et al., 2008).<br />
Les zones d’eau calmes (stagnation<br />
et/ou recirculation) présentes dans les<br />
élargissements peuvent également jouer<br />
un rôle important en tant que refuges pour<br />
les poissons en situation de crue du canal<br />
principal ou en cas de marnage. De plus, un<br />
Figure 8. Vue des zones élarg<strong>ie</strong>s dans les essais Faible – Petit (a) et Elevé – Grand (b). Les abréviations «zs» dénotent les zones<br />
sèches, «zst» les zones de stagnation, «cpe» les corridors d’écoulement et «cts» les corridors de transport de sédiments.<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 239<br />
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement<br />
Figure 9. Profil en long dans l’axe de l’affluent (X = 0.60 m). a) Essais à «faible ratio de débits», b) essais à «ratio de débits intermédiaire»<br />
etc) essais à «ratio de débits élevé».<br />
élargissement local de l’affluent peut créer<br />
une zone riveraine favorable à la diversité<br />
des plantes et des espèces animales<br />
comme les oiseaux, mammifères, insectes<br />
et amphib<strong>ie</strong>ns (Bohl, et al., 2003; Singer<br />
and Dunne, 2006; Schweizer, et al., 2007a;<br />
Weber, et al., 2009).<br />
Dans une zone de confluence, un<br />
élargissement favorise le rétablissement<br />
de la connectivité latérale des réseaux<br />
fluviaux, dégradés par les aménagements<br />
de cours d’eau passés. Même si la<br />
morphodynamique des zones élarg<strong>ie</strong>s<br />
répond différemment aux combinaisons<br />
de débit et à la forme de l’aménagement,<br />
un élargissement local de l’affluent<br />
améliore toujours l’hétérogénéité morphodynamique<br />
de la zone de confluence<br />
(Figure 6, Figure 8 et Figure 7), sans<br />
toutefois provoquer d’effet négatif sur<br />
la protection contre les crues (Figure 9).<br />
Ainsi, un élargissement local de l’affluent<br />
peut être considéré comme une solution<br />
efficace pour augmenter le potent<strong>ie</strong>l<br />
écologique des systèmes fluviaux, sans<br />
réduire leur capacité de transport ni la<br />
sécurité en cas de crue.<br />
Il est important de remarquer que<br />
les essais réalisés dans le cadre de ce<br />
projet sont caractérisés par des débits<br />
stationnaires, représentatifs de conditions<br />
morphogènes et que les résultats présentés<br />
ici correspondent à des conditions<br />
d’équilibre. Cependant, dans les réseaux<br />
fluviaux, les constantes variations de débits<br />
et par conséquent de niveaux d’eau et de<br />
vitesses sont des éléments fondamentaux<br />
pour l’écosystème fluvial (Schweizer, et<br />
al., 2007b). D’après l’équation synthétique<br />
proposée par Wasson, et al. (1998):<br />
Hétérogénéité + Variabilité + Connectivité<br />
= Biodiversité<br />
Pour cette raison, la liberté supplémentaire<br />
introduite par les zones élarg<strong>ie</strong>s est d’une<br />
grande importance pour l’augmentation<br />
de la biodiversité dans les zones de<br />
confluences.<br />
Un exemple de cette dynamique<br />
d’une zone élarg<strong>ie</strong> est montré dans la<br />
Figure 10, qui représente la situation<br />
d’écoulement de la Borgne avec lit<br />
élargi dans la zone de la confluence, lors<br />
d’une crue morphogène et pour un débit<br />
moyen annuel, étudiée qualitativement<br />
en modèle physique par Bidaud (2010).<br />
Ce cours d’eau présente actuellement<br />
un seuil fixe de 1.2 m à son embouchure,<br />
qui est responsable d’une altération<br />
significative de la connectivité latérale<br />
(Bourgeois, 2006). Pour le débit de période<br />
240 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Figure 10. Vue zénithale du modèle physique de la confluence de la Borgne élarg<strong>ie</strong> et du Rhône supér<strong>ie</strong>ur. a) Crue morphogène de le<br />
la Borgne et b) Débit annuel moyen de la Borgne.<br />
de retour de 2 ans (Figure 10a), un chenal<br />
d’écoulement préférent<strong>ie</strong>l se forme au<br />
centre de l’élargissement avec un pavage<br />
du fond du lit par des sédiments gross<strong>ie</strong>rs.<br />
Avec la réduction du débit de l’affluent<br />
(Figure 10b), l’écoulement est dévié vers<br />
les bancs de sédiments fins déposés en<br />
rive gauche, qui offrent moins de résistance<br />
à l’écoulement. Un processus d’érosion<br />
latérale se développe jusqu’au moment où<br />
l’affluent atteint sa largeur et sa profondeur<br />
d’équilibre, asséchant totalement le chenal<br />
antér<strong>ie</strong>ur. L’élargissement de la zone de<br />
confluence a permis la suppression du seuil<br />
existant et son remplacement par une pente<br />
constante franchissable par les poissons.<br />
Une telle mesure se révèle propice à la<br />
restauration des habitats favorables aux<br />
truites de rivière (Kuttel, 2001).<br />
5. Recommandations pour<br />
la pratique<br />
La présente étude s’appu<strong>ie</strong> sur un nombre<br />
limité de scénarios et configurations de la<br />
zone élarg<strong>ie</strong>. Les essais ont toutefois permis<br />
de mettre en évidence des comportements<br />
directement applicables à des projets de<br />
renaturation de confluences:<br />
(i) L’élargissement local de l’affluent<br />
dans la zone de confluence est une<br />
solution très avantageuse pour le<br />
rétablissement de la connectivité latérale.<br />
De surcroit, vu le caractère<br />
local de cette intervention, son coût<br />
est relativement faible.<br />
(ii) Sur la base des résultats expérimentaux,<br />
il est possible de conclure<br />
qu’un élargissement égal à 3 fois la<br />
largeur de l’affluent (B w = 3*B t) sur une<br />
longueur de 4 fois la largeur de l’affluent<br />
(L w = 4*B t) est suffisant pour atteindre<br />
les objectifs de renaturation, sans<br />
effets négatifs sur la protection contre<br />
les crues.<br />
(iii) Dans l’optique d’une systématisation<br />
des essais en laboratoire, seuls des<br />
élargissements rectangulaires ont été<br />
examinés. Même avec des configurations<br />
aussi simples, des résultats<br />
satisfaisants ont été obtenus. Toutefois,<br />
pour un projet de renaturation, un<br />
élargissement progressif comme<br />
étudié qualitativement par Bidaud<br />
(2010) devrait s’avérer plus fonctionnel<br />
dans l’espace disponible.<br />
(iv) Dans les affluents aménagés, il<br />
arrive souvent que l’apport solide ait<br />
été artific<strong>ie</strong>llement réduit par l’installation<br />
de dépotoirs, dans un objectif<br />
de protection contre les crues.<br />
Lors d’un projet de renaturation,<br />
des interventions doivent de ce fait<br />
être envisagées au besoin pour rétablir<br />
un régime de transport solide suffisant<br />
pour restituer la morphodynamique<br />
du cours d’eau.<br />
6. Conclusions<br />
De nombreux systèmes fluviaux ont<br />
été altérés par les travaux de correction<br />
réalisés en Suisse dès le 18 ème siècle,<br />
comme sur le Rhône en amont du Léman.<br />
La présente recherche considère un<br />
élargissement local de l’affluent à son<br />
embouchure dans le canal principal comme<br />
une solution efficace et peu coûteuse<br />
de renaturation. Les résultats se basent<br />
sur l’étude expérimentale systématique<br />
d’une confluence schématisée dont les<br />
caractéristiques géométriques et les<br />
relations de débits sont comparables à<br />
celles rencontrées dans les confluences<br />
du Rhône supér<strong>ie</strong>ur. L’analyse est faite<br />
sur les conditions d’équilibre associées à<br />
une crue morphogène de l’affluent.<br />
Un élargissement local de l’affluent<br />
dans la zone de confluence permet<br />
d’augmenter la variabilité des paramètres<br />
requis pour un rétablissement des habitats,<br />
comme les profondeurs d’eau, les vitesses<br />
d’écoulement et la composition du substrat.<br />
Cette amélioration ne provoque pas<br />
d’effets négatifs sur protection contre les<br />
crues car les niveaux d’eau ne sont pas<br />
influencés par cette mesure.<br />
Concrètement, un élargissement<br />
de trois fois la largeur de l’affluent canalisé<br />
sur une longueur de quatre fois cette largeur<br />
se révèle suffisant pour le rétablissement<br />
de la connectivité latérale du système.<br />
Remerc<strong>ie</strong>ments<br />
La présente recherche fait part<strong>ie</strong> du projet<br />
interdisciplinaire appelé «Integrales <strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement»<br />
(Aménagement intégral<br />
des cours d’eaux). Le projet est financé par<br />
l’Office Fédéral de l’Environnement (OFEV) et<br />
les partenaires sont le LCH-EPFL, l’EAWAG,<br />
le WSL et la VAW-ETH à Zurich. Les auteurs<br />
t<strong>ie</strong>nnent à remerc<strong>ie</strong>r particulièrement Maria<br />
Alp (EAWAG) pour les commentaires et propositions<br />
concernant les aspects biologiques<br />
de l’article.<br />
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Adresse des auteurs:<br />
Marcelo Leite Ribeiro, Koen Blanckaert, Jean-<br />
Louis Boillat et Anton Schleiss, Laboratoire de<br />
constructions hydrauliques (LCH), Ecole polytechnique<br />
fédérale de Lausanne (EPFL), Station<br />
18, CH-1015 Lausanne<br />
secrétariat.lch@epfl.ch, http://lch.epfl.ch<br />
D<strong>ie</strong> nächste Ausgabe von<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft»<br />
erscheint am Donnerstag,<br />
8. Dezember 2011<br />
Foto: MMi<br />
242 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Remplacement des organes de sécurité au<br />
barrage de l’Hongrin<br />
Iwan Zurwerra, P<strong>ie</strong>rre Perrottet<br />
Résumé<br />
Depuis le 1 er octobre 1971, la société FMHL SA (Forces Motrices Hongrin–Léman SA) exploite une usine de pompage-turbinage<br />
afin de stocker et de produire de l’énerg<strong>ie</strong> hydroélectrique. Après environ 40 ans d’exploitation, des travaux de maintenance et de<br />
renouvellement aux organes de sécurité sur ce barrage double-voûte sont nécessaires.<br />
Une expertise technique a mené à la décision de remplacer les organes de sécurité au barrage nord et de réviser les vannes au<br />
barrage sud. En même temps, la protection anticorrosion aux différents blindages est refaite entièrement. Le béton de l’évacuateur<br />
de crue, situé à la culée centrale, sera réparé.<br />
Après des études approfond<strong>ie</strong>s, l’idée initiale de réaliser tous ces travaux dans la même période hivernale a été abandonnée en<br />
faveur d’une réalisation par module étalée sur plus<strong>ie</strong>urs années. Durant la période de févr<strong>ie</strong>r à mai 2010, les travaux au barrage sud<br />
ont été effectués avec succès sans arrêt de production. La fabrication des organes de sécurité à ce jour est déjà b<strong>ie</strong>n avancée. Les<br />
vannes papillon à la prise d’eau sont livrées depuis mai 2010.<br />
Dans une première part<strong>ie</strong>, le mandat, le mandataire FMHL SA représenté par ALPIQ SUISSE SA, et l’entreprise HYDRO Exploitation<br />
SA (HYDRO) comme exploitant, sont présentés.<br />
Ensuite, la structuration du projet ainsi que la procédure pour la planification sont expliquées. Ces travaux de grande envergure<br />
imposent des exigences élevées quant à la logistique de chant<strong>ie</strong>r. Au sein du concept, la gestion des risques chez HYDRO sera<br />
présentée en prenant l’exemple des travaux de manutention.<br />
Dans la section 5, les travaux réalisés sont décrits par le sous-traitant TSM Perrottet SA, responsable pour les travaux<br />
subaquatique.<br />
1. Le mandat<br />
Par la suite le propriétaire mandataire,<br />
l’aménagement, le contractant et le<br />
mandat du projet sont décrits.<br />
1.1 Le propriétair mandataire:<br />
FMHL SA (Forces Motrices<br />
Hongrin–Léman SA)<br />
La société FMHL SA se compose des<br />
actionnaires suivants:<br />
Actionnaire: Part (%)<br />
Romande Energ<strong>ie</strong> SA 41.1<br />
ALPIQ Suisse SA 39.3<br />
Groupe E 13.1<br />
Ville de Lausanne 6.5<br />
La gestion des actifs de l’aménagement<br />
Hongrin–Léman est assurée par ALPIQ<br />
Suisse SA.<br />
1.2 Le contractant<br />
L’entreprise HYDRO Exploitation SA<br />
(HYDRO) avec siège social à Sion (VS)<br />
a pour mission d’assurer l’exploitation<br />
et l’entret<strong>ie</strong>n des aménagements hydroélectriques.<br />
Dans ce but, les sociétés<br />
ALPIQ Suisse SA (anc<strong>ie</strong>nnement Energ<strong>ie</strong><br />
Ouest Suisse EOS), Grande Dixence SA,<br />
FMV SA et la Romande Energ<strong>ie</strong> SA ava<strong>ie</strong>nt<br />
transféré en 2002 leurs départements<br />
exploitation et technique dans la nouvelle<br />
société HYDRO. Depuis, cette entreprise<br />
avec plus de 400 employés assure la<br />
fiabilité pour des aménagements<br />
hydroélectriques dans les cantons<br />
du Valais et Vaud. HYDRO est donc<br />
responsable d’env. 22% de la production<br />
hydroélectrique installée en Suisse.<br />
HYDRO étud<strong>ie</strong> et gère de nombreux projets<br />
de renouvellement et de réhabilitation.<br />
Pour garantir le succès de ces missions,<br />
HYDRO dispose des départements<br />
Opérations & Maintenance, Gestion de<br />
projets, Atel<strong>ie</strong>rs centraux et Expertises &<br />
développement. Depuis 2008, un atel<strong>ie</strong>r<br />
mécanique à Martigny est opérationnel.<br />
Figure 1. L’extrait de carte montre la vue d’ensemble.<br />
En 2009, l’unité «Produits» a été créée.<br />
L’auteur de cet article avec son équipe ont<br />
été mandatés pour l’étude et la réalisation<br />
de ce projet.<br />
1.3 Présentation de l’aménagement<br />
Hongrin–Léman<br />
L’installation pompage-turbinage se situe<br />
dans le canton de Vaud. L’accès au<br />
barrage se fait par une route militaire<br />
depuis La Lécherette en dessous du Col<br />
des Mosses.<br />
Le lac est alimenté par l’eau de<br />
fonte de neige et l’eau pluviale amenée<br />
par un réseau important de galer<strong>ie</strong> de<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 243<br />
<strong>Flu</strong><strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong><strong>tsm</strong>anagement
Tableau 1. Les données clé du prem<strong>ie</strong>r aménagement suisse de pompage-turbinage.<br />
transport. De plus, de l’eau est pompée<br />
du Lac Léman.<br />
Par une galer<strong>ie</strong> d’amenée d’environ<br />
8 km de long, l’eau est transportée par la<br />
suite par le puits inclinée d’environ 1.2 km<br />
de long sur les quatre turbines avec une<br />
puissance de 60 MW chacune.<br />
La centrale se trouve dans une<br />
caverne proche du fameux Château de<br />
Chillon près de Montreux.<br />
Le tableau 1 résume les données<br />
techniques de la première installation<br />
pompage-turbinage en Suisse.<br />
1.4 Le mandat du projet<br />
HYDRO avait été mandatée en 2005, dans<br />
le cadre du plan de maintenance à dix<br />
ans, pour analyser l’état des organes de<br />
sécurité. A la demi-v<strong>ie</strong> de la concession,<br />
différentes possibilités de réhabilitation<br />
ava<strong>ie</strong>nt été étudiées. La solution initiale<br />
de réviser les organes de sécurité au<br />
barrage Nord avait été abandonnée après<br />
consultation des experts en faveur d’un<br />
remplacement complet de ceux-ci.<br />
Le but de ce projet est de réaliser<br />
les travaux comme décrit ci-dessous<br />
avec une indisponibilité minimale de<br />
l’aménagement en respectant la sécurité<br />
des personnes et des b<strong>ie</strong>ns.<br />
Le périmètre du projet comprend<br />
les travaux suivants:<br />
1. Prise d’eau barrage Nord:<br />
Remplacement de deux vannes papillon<br />
DN 3000, tuyaux intermédiaires,<br />
by-pass et contrôle-commande.<br />
Figure 2. Vue d’ensemble des chant<strong>ie</strong>rs.<br />
Figure 3. Structuration du projet (objets principaux en vert).<br />
244 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Figure 4. Phasage selon Norme SIA 112.<br />
Figure 5. Structuration de l’analyse des risques.<br />
Nouvelle protection anti-corrosion du<br />
blindage et nouvelle grille d’entrée<br />
DN 8500 côté amont du lac.<br />
2. Vidanges de fond barrage Nord:<br />
Remplacement de deux vannes papillon<br />
DN 1800, deux vannes à jet<br />
creux DN 1600, tuyaux intermédiaires<br />
et contrôle-commande.<br />
Nouvelle protection anti-corrosion du<br />
blindage et des grilles d’entrée.<br />
3. Purge au barrage Sud:<br />
Révision deux vannes tiroir, révi -<br />
sion groupe hydraulique et contrôlecommande.<br />
Nouvelle protection anti-corrosion du<br />
blindage et grille.<br />
4. Evacuateur de crues à la culée centrale:<br />
Assainissement du béton.<br />
1.5 Contraintes et restrictions<br />
Le mandataire demande l’indisponibilité<br />
la plus courte possible. Les travaux prévus<br />
au barrage de l’Hongrin se retrouvent dans<br />
un contexte général de projets voisins en<br />
cours, entre autres le projet «Hongrin–<br />
Léman plus». Des contraintes importantes<br />
sont citées ci-dessous:<br />
Délai de livraison des organes de<br />
sécurité<br />
Disponibilité des entreprises clé<br />
Site éloigné<br />
Pas d’accès direct aux organes de<br />
sécurité et au p<strong>ie</strong>d du barrage<br />
Conditions climatiques<br />
Apport naturel des eaux<br />
Exigences environnementales<br />
2. Planification du projet<br />
2.1 Structuration du projet<br />
Ce projet d’envergure complexe demande<br />
une analyse systématique. La structuration<br />
se fait par objet. Le périmètre du projet est<br />
subdivisé dans les quatre lots principaux<br />
vidanges de fond et prise d’eau au barrage<br />
Nord, évacuateur de crues à la culée<br />
centrale et vannes de purge au barrage<br />
Sud. Les objets secondaires à savoir<br />
logistique, manutention, maîtrise du niveau<br />
du lac et l’environnement fournissent le<br />
support nécessaire à la réalisation des lots<br />
principaux. Les aspects importants liés à<br />
la complexité de ce mandat passionnant<br />
sont décrits ci-dessous:<br />
Aménagement clé pour l’alimentation<br />
en énerg<strong>ie</strong> électrique de la Suisse<br />
romande<br />
Pas de possibilité de comparaison<br />
avec des projets similaires<br />
Coûts d’investissement élevés<br />
Contraintes environnementales<br />
Situation de risques élevée<br />
Solutions innovatrices (logistique,<br />
transport)<br />
Ressources: coordination des spécialistes<br />
Planning très strict<br />
2.2 Organisation du projet<br />
HYDRO gère ses projets de manière<br />
générale avec une organisation matric<strong>ie</strong>lle.<br />
Sous la responsabilité du chef de projet<br />
de l’unité gestion de projets, plus<strong>ie</strong>urs<br />
chefs de projet part<strong>ie</strong>ls des unités<br />
techniques travaillent avec leurs équipes<br />
de spécialistes. De plus, un membre du<br />
département exploitation avait été intégré<br />
dans l’équipe de projet.<br />
Les mandats part<strong>ie</strong>ls et leurs<br />
tâches sont structurés selon des critères<br />
techniques et assignés pour tous les<br />
lots principaux et secondaires selon<br />
structuration du projet (voir image 3). Par<br />
exemple, le chef de projet part<strong>ie</strong>l mécanique<br />
et protection anticorrosion est responsable<br />
pour les études et la fabrication de tous<br />
les organes de sécurité et la protection<br />
anticorrosion. Pour la part<strong>ie</strong> logistique, un<br />
autre chef de projet part<strong>ie</strong>l est responsable.<br />
Un aspect important dans l’organisation<br />
est le contact direct avec le responsable<br />
de la production de l’énerg<strong>ie</strong>.<br />
2.3 Déroulement du projet selon<br />
Norme SIA 112<br />
L’image 4 montre le déroulement simplifié.<br />
Après la phase SIA 2 en 2005–2006,<br />
les études détaillées pour les organes<br />
de sécurité ava<strong>ie</strong>nt été avancées. La<br />
soumission et l’appel d’offres éta<strong>ie</strong>nt<br />
terminés fin 2007 avec l’adjudication<br />
à l’entreprise ADAMS Schweiz AG. La<br />
priorité a été mise sur les vannes en raison<br />
du long délai de fabrication.<br />
A partir de 2008, le concept de la<br />
logistique et de l’infrastructure de chant<strong>ie</strong>r<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 245
était élaboré en parallèle du projet de détail<br />
pour les organes de sécurité. Le projet de<br />
détail pour la logistique et l’infrastructure de<br />
chant<strong>ie</strong>r était terminé fin 2009. L’état actuel<br />
d’avancement des travaux (août 2010) est<br />
décrit dans le chapitre 4 ci-dessous.<br />
3. Concept de la solution<br />
3.1 Logistique/Infrastructure de<br />
chant<strong>ie</strong>r<br />
L’accès au barrage est assuré par une route<br />
militaire depuis la Lécherette en dessous<br />
du Col des Mosses. Le couronnement<br />
du barrage se trouve à une altitude de<br />
1257 m sm. La largeur disponible du<br />
couronnement à l’intér<strong>ie</strong>ur des bordures<br />
est d’environ 3.40 m.<br />
Les chant<strong>ie</strong>rs Nord se trouvent<br />
à une profondeur de –83 m pour la prise<br />
d’eau et env. –91 m pour les vidanges de<br />
fond.<br />
Les vannes de purge au barrage<br />
Sud se trouvent à environ -75 m depuis le<br />
couronnement.<br />
Le seul accès possible à différentes<br />
chambres des vannes se fait depuis le<br />
couronnement. De là, les pièces d’un poids<br />
maximal d’environ 26 t sont abaissées<br />
avec une grue mobile spéciale. Pour le<br />
transport des personnes, un ascenseur<br />
de chant<strong>ie</strong>r avec une charge utile de 2 t<br />
sera installé.<br />
Figure 6. L’extrait du plan montre les dimensions de la grue à<br />
130 t sur le couronnement et la profondeur d’abaissement vers<br />
la chambre des vannes à la prise d’eau au barrage Nord.<br />
Pour que le chant<strong>ie</strong>r soit exploitable<br />
pendant la période hivernale toutes les<br />
mesures possibles seront mises en place.<br />
En plus du service avalanche et des<br />
mesures de sécurité pour les personnes,<br />
une alimentation électrique adéquate<br />
et des containers de réfectoire sont<br />
également prévus. Par la suite, la faisabilité<br />
a été validée par un expert externe.<br />
3.2 Maîtrise du lac<br />
La gestion du plan d’eau durant les travaux<br />
présente un élément clé de ce projet. En<br />
plus de la solution initiale de percer le<br />
barrage en dessous du niveau des vannes<br />
de vidange de fonds , une nouvelle solution<br />
sans abaissement du lac est élaborée<br />
actuellement.<br />
La première variante prévoyait deux<br />
forages carottés d’un diamètre 800 mm à<br />
travers le barrage Nord. Avec ces deux<br />
pertuis, un débit maximal de 12 m 3 /s<br />
peut être évacué. Ce débit est possible<br />
pendant la période hivernale de janv<strong>ie</strong>r à<br />
mars. Plus les travaux sont déplacés vers<br />
le printemps, plus ce débit augmente.<br />
Pour augmenter la flexibilité dans<br />
le choix de la période de réalisation durant<br />
l’année, la deuxième variante ne prévoit<br />
plus un abaissement du niveau du lac. Deux<br />
obturateurs d’un diamètre de 4700 mm<br />
seront posés sous l’eau sur les deux trompes<br />
de vidange. Une première étude a démontré<br />
la faisabilité. La solution définitive sera<br />
chois<strong>ie</strong> dès que la période économiquement<br />
la plus favorable pour la mise hors service de<br />
l’aménagement sera connue.<br />
3.3 Gestion des risques<br />
3.3.1 Généralités<br />
Au sein de ce projet, une analyse<br />
systématique des risques avait été réalisée.<br />
En collaboration avec un partenaire<br />
externe, tous les risques avait été analysés.<br />
La procédure chois<strong>ie</strong> est présentée par la<br />
suite.<br />
L’analyse de risques suit la<br />
structuration du projet. Pour les objets<br />
principaux, selon périmètre du projet,<br />
plus<strong>ie</strong>urs processus de support (objets<br />
auxiliaires) sont nécessaires. Les<br />
objets auxiliaires, à savoir «conception<br />
technique», «logistique», «manutention»,<br />
«gestion des eaux» «QES», sont commun<br />
à tous les objets principaux. Chacun des<br />
objets a été analysé selon la norme ONR<br />
49001, selon laquelle HYDRO est certifié.<br />
3.3.2 Gestion des risques: exemple<br />
manutention<br />
Après l’analyse systématique des travaux<br />
de manutention avec les tonnages y<br />
relatifs, un concept avait été élaboré en<br />
collaboration avec le fabricant des grues<br />
et l’entreprise de manutention. Le levage et<br />
Figure 7. 29 octobre 2009: Essai de levage à 28 t sur le couronnement<br />
Nord, qui confirmait les concepts théoriques in situ.<br />
246 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Figure 8. Vanne papillon DN 3000 de la<br />
prise d’eau Nord lors de la réception en<br />
hiver 2009–2010.<br />
l’abaissement des anc<strong>ie</strong>nnes et nouvelles<br />
vannes d’un poids unitaire maximal de 26 t<br />
et la largeur du couronnement d’environ<br />
3.40 m représentent des contraintes<br />
élevées à la faisabilité.<br />
Déjà à un stade très avancé, un<br />
prem<strong>ie</strong>r essai chez le fabricant avait<br />
démontré la faisabilité de levage des<br />
charges jusqu’à 30 t. Par la suite, la<br />
stabilité du mur du barrage ainsi que<br />
le couronnement lui-même ava<strong>ie</strong>nt été<br />
vérifiés par un ingén<strong>ie</strong>ur spécialisé (voir<br />
image 6).<br />
Ayant élargi le couronnement<br />
pendant la période de septembre à octobre<br />
2009, des essais de levage avec une<br />
charge maximale de 28 t éta<strong>ie</strong>nt réalisés<br />
à fin octobre 2009. Ceux-ci confirma<strong>ie</strong>nt<br />
la faisabilité pratique de la manutention<br />
Figure 9. Travaux de protection anticorrosion<br />
en dessous des vannes de la purge<br />
Sud.<br />
Figure 11. Equipement de l’obturateur. Figure12. Plateforme de travail.<br />
avec des grues mobiles (image 7). En<br />
collaboration étroite avec le fabricant des<br />
grues, l’entreprise de levage et les organes<br />
offic<strong>ie</strong>ls de la SUVA, toutes les procédures<br />
de travail éta<strong>ie</strong>nt analysées et validées.<br />
4. Réalisation<br />
4.1 Barrage Nord: Fabrication des<br />
organes de sécurité<br />
Après la signature des contrats avec la<br />
maison ADAMS Schweiz AG début 2008,<br />
la conception des organes de sécurité<br />
avait commencé. Sous le suivi intense des<br />
études et de la préparation par HYDRO<br />
et des partenaires t<strong>ie</strong>rs, la fabrication est<br />
en cours actuellement. Les deux vannes<br />
papillon DN 3000 et le tuyau intermédiaire<br />
pour la prise d’eau au barrage Nord ont été<br />
Image 10. Travaux d’échafaudages sur<br />
l’évacuateur de crues.<br />
réceptionnés à fin avril 2010. La livraison a<br />
eu l<strong>ie</strong>u fin mai 2010. L’image 8 montre une<br />
des vannes papillon DN 3000 ouverte lors<br />
de sa réception à l’usine et les dimensions<br />
de ces organes impressionnants.<br />
4.2 Travaux au barrage Sud<br />
Le but primordial était de réaliser ces<br />
travaux déjà en 2010. Les essais de<br />
levage en automne 2009 permetta<strong>ie</strong>nt<br />
de préparer les travaux au barrage<br />
Sud. Afin d’isoler la zone de travail, un<br />
obturateur avait été posé côté amont du<br />
lac par des plongeurs (voir chapitre 5). Ces<br />
travaux deva<strong>ie</strong>nt être coordonnés entre<br />
l’exploitant et le responsable de production<br />
hydroélectrique. Le marnage du niveau du<br />
lac ne devait pas dépasser un certain seuil<br />
durant les travaux subaquatiques. Suite<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 247
Figure 13. Chambre de pression et poste de rég<strong>ie</strong> pour<br />
scaphandr<strong>ie</strong>rs.<br />
à la phase de préparation, de décembre<br />
2009 à févr<strong>ie</strong>r 2010, le chant<strong>ie</strong>r avait ouvert<br />
le 22 févr<strong>ie</strong>r 2010 avec le nettoyage de la<br />
neige sur la route d’accès et la mise en<br />
place de l’infrastructure nécessaire.<br />
En parallèle, des travaux de<br />
démontage des vannes les travaux<br />
préparatoires pour le sablage et la peinture<br />
débuta<strong>ie</strong>nt (image 9).<br />
La coordination de tous les travaux<br />
était assurée par la direction locale des<br />
travaux sur site à plein temps. Ces travaux<br />
éta<strong>ie</strong>nt terminés le 7 mai 2010 avec la<br />
remise en service des vannes révisées.<br />
Depuis cette date, l’exploitation de<br />
l’aménagement fonctionne de nouveau<br />
sans contrainte. Le chant<strong>ie</strong>r était terminé à<br />
la fin août 2010 avec la remise en état du<br />
couronnement.<br />
4.3 Travaux à l’évacuateur des<br />
crues à la culée centrale<br />
Pour l’assainissement des bétons à<br />
l’évacuateur des crues, un échafaudage<br />
était mis en place (voir image 10). Après<br />
le traitement des surfaces endommagées,<br />
par haute-pression, les armatures ont été<br />
traitées avec un produit anticorrosion<br />
pour être ensuite reconstituées par un<br />
mort<strong>ie</strong>r de ragréage. Les joints des étapes<br />
de bétonnage éta<strong>ie</strong>nt protégés par une<br />
bande d’étanchéité. Ces travaux éta<strong>ie</strong>nt<br />
également terminés pour la mi-mai 2010.<br />
5. Entreprise TSM Perrottet SA:<br />
Travaux subaquatiques au<br />
barrage Sud<br />
L’article qui suit a été rédigé par notre<br />
partenaire et sous-traitant TSM Perrottet<br />
SA. La maison TSM Perrottet SA était en<br />
charge des travaux subaquatiques.<br />
Exigences du cl<strong>ie</strong>nt HYDRO<br />
Exploitation SA:<br />
Figure 14. Préparation des plongeurs.<br />
Isoler et étanchéif<strong>ie</strong>r la purge du barrage<br />
Sud, diamètre de la trompe<br />
d’entrée 1600 mm<br />
Profondeur d’intervention des scaphandr<strong>ie</strong>rs<br />
– 29 m, profondeur transformée<br />
en lac en montagne – 32 m,<br />
cote du couronnement 1257 m sur<br />
mer.<br />
Accès rout<strong>ie</strong>r difficile sur une route<br />
étroite couverte de neige et glace<br />
depuis la route du col des Mosses.<br />
Poids maximal des pièces d’équipement<br />
limité à 5.5 t.<br />
Réalisation en hiver.<br />
L’étanchéité absolue de l’obturateur<br />
doit être garant<strong>ie</strong>: les travaux de sablage<br />
et de peinture nécessitent un mil<strong>ie</strong>u<br />
sec.<br />
Afin de pouvoir répondre à ces<br />
exigences, toute la procédure a été validée<br />
au siège à Sug<strong>ie</strong>z FR.<br />
Equiper l’obturateur (2.3 t) avec le joint<br />
d’étanchéité et les vannes de<br />
remplissage/vidange.<br />
Positionner les points d’attelage selon<br />
la pente de la surface du mur du<br />
barrage.<br />
Monter des fixations pour la plateforme<br />
de travail provisoire et le dispositif de<br />
forage sur la bride de l’obturateur.<br />
Tous les scaphandr<strong>ie</strong>rs prévus pour<br />
cette mission deva<strong>ie</strong>nt exercer toutes<br />
les procédures au sec, afin d’être prêts<br />
à les réaliser sous l’eau avec une<br />
visibilité minimale.<br />
Pose du dispositif de forage, forage<br />
de huit trous, évacuation des carottes<br />
de forages, pose des ancrages<br />
chimiques.<br />
L’obturateur était rempli avec de l’eau<br />
et sous pression afin de tester le joint<br />
d’étanchéité et sa fiabilité.<br />
5.1 Notre plateforme (ponton)<br />
de travail<br />
Afin de réceptionner toutes les installations<br />
nécessaires à la réalisation de cette<br />
mission, une plateforme de travail avait été<br />
mise en place. Deux pontons en aluminium<br />
joignables d’une surface totale de 12 × 8 m<br />
éta<strong>ie</strong>nt prévus au vu de la limitation de<br />
poids. Contre la formation de la glace,<br />
un rideau de boules d’air avait été monté<br />
sous la surface d’eau afin de garantir une<br />
zone de travail vide. Comme déjà essayé<br />
sur le canal de la Broye devant notre<br />
siège, la plateforme avait été aménagée<br />
en utilisant les grues mobiles. La chambre<br />
de compression, le container de rég<strong>ie</strong>, le<br />
générateur, les compresseurs à basse et<br />
haute pression, les groupes hydrauliques,<br />
les batter<strong>ie</strong>s de gaz de respiration,<br />
l’outillage, l’équipement de plongée et<br />
d’autre matér<strong>ie</strong>l ava<strong>ie</strong>nt été fixés afin de<br />
résister à des conditions hivernales.<br />
Les machines les plus importantes<br />
sont installées à double, afin de ne pas<br />
perdre de temps lors des éventuelles<br />
pannes.<br />
5.2 La sécurité<br />
Afin de respecter les règles de la SUVA et<br />
nos propres standards, une chambre de<br />
pression avec un «chamber master» sur<br />
site est indispensable. La chambre de<br />
compression la plus proche du chant<strong>ie</strong>,r<br />
située à Genève, ne peut pas être atteinte<br />
quand il fait mauvais temps. Le médecin<br />
hyperbare à Genève ainsi que la REGA<br />
sont informés. Une place d’atterrissage<br />
pour l’hélicoptère est défin<strong>ie</strong>.<br />
5.3 L’équipe de scaphandr<strong>ie</strong>rs<br />
L’équipe est constituée comme suit: le<br />
responsable de la mission, le superviseur<br />
des scaphandr<strong>ie</strong>rs, le chamber master,<br />
248 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Figure 15. Tout ok.<br />
trois scaphandr<strong>ie</strong>rs et un scaphandr<strong>ie</strong>r<br />
suppléant.<br />
5.4 La journée typique des<br />
scaphandr<strong>ie</strong>rs<br />
Vérification de la chambre de com -<br />
pression<br />
Contrôle de toutes les vannes, joints,<br />
prises d’air de respiration, les moyens<br />
de communication, les stocks en gaz<br />
et les étanchéités des points d’accès<br />
(trou d’homme) par le chamber<br />
master.<br />
Contrôle du répartiteur de gaz et<br />
des moyens de communication,<br />
de la surveillance par vidéo et du gaz<br />
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de respiration par le superviseur des<br />
scaphandr<strong>ie</strong>rs.<br />
Préparation de l’équipement des<br />
scaphandr<strong>ie</strong>rs et contrôle de l’équipement<br />
de remplacement (quantité<br />
et pression).<br />
L’équipe de «surface» prépare tout<br />
l’outillage prévu.<br />
Br<strong>ie</strong>fing de l’équipe: organisation de<br />
l’équipe de scaphandr<strong>ie</strong>rs et du<br />
scaphandr<strong>ie</strong>r de secours.<br />
Pendant l’intervention du scaphandr<strong>ie</strong>r,<br />
le scaphandr<strong>ie</strong>r de secours se<br />
t<strong>ie</strong>nt à disposition entièrement équipé<br />
et prêt à intervenir.<br />
A travers la ligne de v<strong>ie</strong> (tuyaux<br />
flexible) comprenant l’alimentation en<br />
gaz de respiration, téléphone et lumière<br />
ainsi que la mesure de la profondeur,<br />
le superviseur est en contact permanant<br />
avec le scaphandr<strong>ie</strong>r.<br />
Scaphandr<strong>ie</strong>r No 1 est sous l’eau. Il<br />
termine son intervention.<br />
Le scaphandr<strong>ie</strong>r No 2 en stand-by<br />
reprend la suite.<br />
Le scaphandr<strong>ie</strong>r No 3 se met en standby.<br />
Dès que le No 2 termine sa mission,<br />
c’est le scaphandr<strong>ie</strong>r No 3 qui<br />
démarre.<br />
Le scaphandr<strong>ie</strong>r No 1 reprend le rôle<br />
du scaphandr<strong>ie</strong>r de secours.<br />
Les types de gaz de respiration utilisé<br />
sont:<br />
Nitrox 30/70% pour l’intervention pendant<br />
les travaux. Pour la décompression à<br />
partir d’une profondeur de 6 m, l’oxygène<br />
à 100% est utilisé. Le temps maximal<br />
d’intervention par scaphandr<strong>ie</strong>r avait<br />
été limité à 60 minutes, afin de se laisser<br />
la possibilité de faire intervenir le même<br />
scaphandr<strong>ie</strong>r plus<strong>ie</strong>urs fois.<br />
5.5 Les conditions<br />
météorologiques<br />
On savait que ce chant<strong>ie</strong>r se réaliserait en<br />
hiver. Par contre, de se retrouver en mars<br />
avec des températures de –21 °C était<br />
inhabituel. Le vent fort venant du Nord<br />
ainsi que les chutes de neige aggrava<strong>ie</strong>nt<br />
encore cette situation. L’équipement de<br />
plongée atteignait ses limites.<br />
5.6 Les travaux<br />
L’équipe avait accompli sa mission<br />
grâce à son expér<strong>ie</strong>nce professionnelle<br />
et les exercices menés à sec avec plein<br />
de succès. Malgré les conditions hors<br />
du commun, tous les travaux à savoir<br />
les inspections préalables, la prise des<br />
mesures, le film, le nettoyage à haute<br />
pression, la mise en place de l’obturateur ,<br />
les forages ainsi que le démontage ava<strong>ie</strong>nt<br />
été effectués sereinement, en respectant<br />
la sécurité et sans accident.<br />
Adresse des auteurs<br />
Florian Vuistiner<br />
Chef de projet HYDRO Exploitation SA<br />
Rue des Creusets 41, CH-1951 Sion (VS)<br />
Tel. +41 (0) 27 328 44 11<br />
vuf@hydro-exploitation.ch<br />
P<strong>ie</strong>rre Perrottet, Directeur<br />
TSM Perrottet SA, Ch. de la Tour du Chêne 10,<br />
CH-1786 Sug<strong>ie</strong>z, Tel. + 41 (0)26 673 11 62<br />
www.<strong>tsm</strong>-perrottet.com<br />
Informations complémentaires:<br />
www.alpiq.com<br />
www.hydro-exploitation.ch<br />
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«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 249
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von Wasserkraftanlagen im<br />
Kanton Wallis. Erhältlich als PDF unter:<br />
www.wasserkraftwallis.ch.<br />
VS: Nr. 57, Betr<strong>ie</strong>b und Wartung<br />
von Wasserkraftwerken, 1998,<br />
Bernard Comte, CHF 120.–.<br />
VS: Nr. 64, Ökologische (Teil A)<br />
und technisch/ökonomische Qua -<br />
litäten der Wasserkraft. ecoconcept<br />
Zürich und Schnyder Ingen<strong>ie</strong>ure<br />
AG, Ottenbach, CHF 40.–.<br />
VS: Nr. 60, Externe Effekte der<br />
Wasserkraftnutzung / Effets externe<br />
de l’exploitation des forces<br />
hydrauliques, 1999, CHF 50.–.<br />
VS: Nr. 54, Directives pour l’exploitation<br />
et la maintenance des<br />
groupes hydroélectriques, 1995,<br />
Bernard Comte, CHF 98.–.<br />
250 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Politik<br />
Bundesrat präzis<strong>ie</strong>rt Vollzug der kostendeckenden<br />
Einspeisevergütung<br />
Der Bundesrat hat einer Teilrevision der<br />
Energ<strong>ie</strong>verordnung zugestimmt. S<strong>ie</strong><br />
beinhaltet Präzis<strong>ie</strong>rungen und Ergänzungen<br />
für den praktischen Vollzug der<br />
Kostendeckenden Einspeisevergütung<br />
(KEV). Ausserdem werden d<strong>ie</strong> Regeln für<br />
d<strong>ie</strong> Stromkennzeichnung verschärft, um<br />
den Verbraucherinnen und Verbrauchern<br />
mehr Transparenz über d<strong>ie</strong> Herkunft des<br />
von ihnen konsum<strong>ie</strong>rten Stroms zu verschaffen.<br />
D<strong>ie</strong> Änderungen treten am<br />
1. Oktober 2011 in Kraft.<br />
Seit Anfang 2009 wird in der Schweiz<br />
Strom aus erneuerbaren Energ<strong>ie</strong>n mit der<br />
Kostendeckenden Einspeisevergütung<br />
(KEV) gefördert. Alle Stromkonsumentinnen<br />
und -konsumenten bezahlen dafür<br />
einen Zuschlag pro verbrauchte Kilowattstunde<br />
Strom. Im Juni 2010 hatte das Parlament<br />
mit der Änderung des Energ<strong>ie</strong>gesetzes<br />
entsch<strong>ie</strong>den, dass der Bundesrat<br />
d<strong>ie</strong>sen Zuschlag ab 2013 bedarfsgerecht<br />
auf maximal 0.9 Rappen/kWh erhöhen<br />
kann. Ab 2012 wird ausserdem ein neuer<br />
Zuschlag von 0.1 Rappen/kWh zur Finanz<strong>ie</strong>rung<br />
von Gewässerschutzmassnahmen<br />
erhoben (Revision Gewässerschutzgesetz<br />
vom Dezember 2009).<br />
D<strong>ie</strong> vorl<strong>ie</strong>gende Revision der Energ<strong>ie</strong>verordnung<br />
setzt einerseits d<strong>ie</strong> erwähnten<br />
Änderungen des Energ<strong>ie</strong>- und Gewässerschutzgesetzes<br />
um. Andererseits umfasst<br />
s<strong>ie</strong> notwendige Präzis<strong>ie</strong>rungen und Ergän-<br />
Nachrichten<br />
Informationen aus der Wasser- und Energ<strong>ie</strong>wirtschaft<br />
zungen für den Vollzug der KEV, d<strong>ie</strong> sich<br />
nach zwei Jahren Praxiserfahrung ergeben<br />
haben:<br />
Der Zuschlag zur Finanz<strong>ie</strong>rung der<br />
KEV und neu auch von gewissen Gewässerschutzmassnahmen<br />
wird bedarfsgerecht<br />
durch den Bundesrat<br />
festgelegt. Der Bundesrat hat den Zuschlag<br />
gemäss Artikel 15b Absatz 1<br />
des Energ<strong>ie</strong>gesetzes auf derzeit insgesamt<br />
0.45 Rappen/kWh festgesetzt.<br />
D<strong>ie</strong> Vergütungssätze für den produz<strong>ie</strong>rten<br />
Strom können neu nicht mehr<br />
nur jährlich sondern nötigenfalls auch<br />
im Verlauf des Jahres angepasst werden.<br />
D<strong>ie</strong>s trägt der dynamischen Preisentwicklung<br />
bei den einzelnen Technolog<strong>ie</strong>n<br />
Rechnung, insbesondere bei<br />
der Photovoltaik.<br />
D<strong>ie</strong> revid<strong>ie</strong>rte Energ<strong>ie</strong>verordnung regelt<br />
erstmals klar, w<strong>ie</strong> Erneuerungen<br />
oder Erweiterungen von Anlagen gehandhabt<br />
werden müssen. Der Vergütungssatz<br />
der erneuerten oder erweiterten<br />
Anlage wird an d<strong>ie</strong> neue Gesamtstromproduktion<br />
angepasst und<br />
zwar zu den Vergütungssätzen der<br />
neuen Leistungsklasse. Eine Ausnahme<br />
bildet d<strong>ie</strong> Photovoltaik: H<strong>ie</strong>r wird der<br />
neue Vergütungssatz proportional aus<br />
den Vergütungssätzen der ursprünglichen<br />
und der neuen Leistung der<br />
Anlage berechnet. D<strong>ie</strong> Vergütungsdauer<br />
entspricht in jedem Fall derjenigen<br />
der ursprünglichen Anlage. Bei<br />
grösseren Erweiterungen kann der<br />
Anlageninhaber auch d<strong>ie</strong> gesamte<br />
Anlage neu anmelden, so dass d<strong>ie</strong> Vergütungsdauer<br />
neu beginnt, allerdings<br />
zum neuen Vergütungssatz, der in der<br />
Regel t<strong>ie</strong>fer ist.<br />
D<strong>ie</strong> revid<strong>ie</strong>rte Energ<strong>ie</strong>verordnung legt<br />
eine generelle Sanktionsmöglichkeit<br />
bei verschuldetem Nichteinhalten der<br />
Mindestanforderungen fest (temporäre<br />
Herabsetzung der Vergütung auf<br />
Marktpreis und Ausschluss aus der<br />
KEV).<br />
Zur Beurteilung der Standorteignung<br />
von Anlagen erarbeitet das Bundesamt<br />
für Energ<strong>ie</strong> (BFE) unter Einbezug<br />
der Bundesämter für Umwelt (BAFU)<br />
und Raumentwicklung (ARE) und unter<br />
Anhörung der Kantone Empfehlungen,<br />
insbesondere für d<strong>ie</strong> Kleinwasserkraft<br />
und d<strong>ie</strong> Windenerg<strong>ie</strong>.<br />
Neu kann sich das Bundesamt für Energ<strong>ie</strong><br />
für d<strong>ie</strong> Publikation von statistischen<br />
Daten über d<strong>ie</strong> KEV auf eine<br />
explizite Grundlage in der Energ<strong>ie</strong>verordnung<br />
stützen. Für Auskünfte über<br />
einzelne Anlagen gelten jedoch weiterhin<br />
d<strong>ie</strong> Datenschutzbestimmungen.<br />
Daneben umfasst d<strong>ie</strong> Revision der Energ<strong>ie</strong>verordnung<br />
Anpassungen und Ergänzungen<br />
zum Vollzug der wettbewerblichen<br />
Ausschreibungen, d<strong>ie</strong> über den gleichen<br />
Zuschlag w<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong> KEV finanz<strong>ie</strong>rt werden,<br />
sow<strong>ie</strong> Ausführungsvorschriften für d<strong>ie</strong><br />
Globalbeiträge des Bundes an d<strong>ie</strong> Kantone<br />
für Information und Beratung sow<strong>ie</strong><br />
Aus- und Weiterbildung.<br />
Nicht Gegenstand der vorl<strong>ie</strong>genden Revision<br />
sind d<strong>ie</strong> KEV-Vergütungssätze für d<strong>ie</strong><br />
einzelnen Produktionstechnolog<strong>ie</strong>n und<br />
Anlagentypen. D<strong>ie</strong>se werden derzeit vom<br />
Bundesamt für Energ<strong>ie</strong> überprüft. Allfällig<br />
notwendige Anpassungen werden gegen<br />
Ende des Jahres 2011 in d<strong>ie</strong> Anhörung geschickt.<br />
Herkunftsnachweise und Stromkennzeichnung<br />
Durchschnittlich 20% und in Einzelfällen<br />
sogar über 90% des Stroms aus Schweizer<br />
Steckdosen stammt aus «nicht überprüfbaren»<br />
Energ<strong>ie</strong>trägern. Stromanb<strong>ie</strong>ter<br />
müssen Anteile von über 20% bereits heute<br />
gegenüber ihren Kundinnen und Kunden<br />
begründen. Um d<strong>ie</strong> Transparenz über den<br />
Energ<strong>ie</strong>mix weiter zu erhöhen, schreibt d<strong>ie</strong><br />
revid<strong>ie</strong>rte Energ<strong>ie</strong>verordnung neu vor, dass<br />
d<strong>ie</strong> Anb<strong>ie</strong>ter alle vorhandenen Nachweise<br />
verwenden müssen. Zudem müssen alle<br />
Produktionsanlagen (Ausnahme: Kleinstanlagen<br />
mit einer Anschlussleistung von<br />
unter 30 kVA) ab 2013 im Schweizer Herkunftsnachweissystem<br />
erfasst werden.<br />
So wird gewährleistet, dass Nachweise<br />
lückenlos verwendet werden und keine<br />
Doppelzählungen erfolgen. Das zuständige<br />
UVEK hat in d<strong>ie</strong>sem Zusammenhang<br />
auch mehrere Punkte der Verordnung über<br />
den Nachweis der Produktionsart und der<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 251
Nachrichten<br />
Herkunft von Elektrizität (HKNV) revid<strong>ie</strong>rt.<br />
D<strong>ie</strong> revid<strong>ie</strong>rte HKNV tritt gleichzeitig mit<br />
der revid<strong>ie</strong>rten Energ<strong>ie</strong>verordnung per<br />
1. Oktober 2011 in Kraft.<br />
Weitere Informationen:<br />
Sabine Hirsbrunner, Kommunikation BFE<br />
Der Anhörungsbericht und d<strong>ie</strong> revid<strong>ie</strong>rte<br />
Energ<strong>ie</strong>verordnung können auf der Webseite<br />
des BFE heruntergeladen werden:<br />
www.bfe.admin.ch<br />
Vollzugshilfen für d<strong>ie</strong> Umsetzung der<br />
Änderung des Gewässerschutzgesetzes<br />
2011<br />
PFA. Seit Änderung des Gewässerschutzrechts<br />
des Bundes im Bereich Renatur<strong>ie</strong>rung<br />
(Inkrafttreten der Gesetzesänderung<br />
am 1.1.2011 und der Verordnungsänderung<br />
am 1.6.2011) sind d<strong>ie</strong><br />
Bundesbehörden aktuell mit der Ausarbeitung<br />
von Vollzugshilfen in den versch<strong>ie</strong>denen<br />
Bereichen beschäftigt. Dazu<br />
wurde auch ein eigenes Internetportal<br />
eingerichtet.<br />
Aus Anlass des Inkrafttretens der revid<strong>ie</strong>rten<br />
Gewässerschutzverordnung hat<br />
das BAFU eine eigene, auf den Vollzug<br />
der Renatur<strong>ie</strong>rung der Gewässer ausgerichtete<br />
Internetseite «Vollzug Renatur<strong>ie</strong>rung<br />
der Gewässer» (www.bafu.admin.<br />
ch/Vollzug-Renatur<strong>ie</strong>rung) aufgeschaltet.<br />
Dadurch b<strong>ie</strong>tet das BAFU vor allem den<br />
Kantonen fachliche sow<strong>ie</strong> kommunikative<br />
Hilfestellung beim Vollzug der Renatur<strong>ie</strong>rung<br />
der Gewässer.<br />
Auf dem Portal werden den Vollzugsbehörden<br />
mit der modular aufgebauten Vollzugshilfe<br />
«Renatur<strong>ie</strong>rung der Gewässer» Umsetzungshilfen<br />
für d<strong>ie</strong> neuen gesetzlichen<br />
Bestimmungen in GSchG und GSchV zur<br />
Verfügung gestellt. Weitere Fachinformation<br />
über d<strong>ie</strong> Renatur<strong>ie</strong>rung der Gewässer,<br />
welche nicht im direkten Zusammenhang<br />
mit dem Vollzug stehen, sow<strong>ie</strong> weitere<br />
wasserwirtschaftliche Themen sind nicht<br />
Bestandteil d<strong>ie</strong>ses Portals.<br />
D<strong>ie</strong> Vollzugshilfe «Renatur<strong>ie</strong>rung der<br />
Gewässer» ist in versch<strong>ie</strong>dene Module<br />
gegl<strong>ie</strong>dert. S<strong>ie</strong> beinhaltet Module zur strategischen<br />
Planung, zur Umsetzung der<br />
Massnahmen, zur Finanz<strong>ie</strong>rung und zu<br />
den Anforderungen an Daten. Für einzelne<br />
Bereiche werden gute Beisp<strong>ie</strong>le zusammengestellt<br />
und unter der Rubrik Publikationen<br />
als weitere unterstützende Dokumente<br />
zur Vollzugshilfe angeboten.<br />
Erste drei Module in Anhörung<br />
Entwürfe von drei Modulen der Vollzughilfe<br />
«Renatur<strong>ie</strong>rung des Gewässer» wurden im<br />
Juni 2011 auf dem Internetportal aufge-<br />
schaltet und sind aktuell in der Anhörung,<br />
es sind d<strong>ie</strong>s d<strong>ie</strong> Module:<br />
«San<strong>ie</strong>rung bei Schwall und Sunk:<br />
Strategische Planung»<br />
«W<strong>ie</strong>derherstellung der Fischwanderung:<br />
Strategische Planung»<br />
«Revitalis<strong>ie</strong>rung von Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässern:<br />
Strategische Planung»<br />
Neue Dokumente, Aktualis<strong>ie</strong>rungen sow<strong>ie</strong><br />
weitere relevante Informationen zum Vollzug<br />
der Renatur<strong>ie</strong>rung der Gewässer werden<br />
laufend aufgeschaltet und mit einem<br />
e-Newsletter bekannt gemacht. Der Newsletter<br />
kann abonn<strong>ie</strong>rt werden mit E-Mail<br />
unter Angabe von Name, Vorname und<br />
vollständiger Postadresse an: wasser@<br />
bafu.admin.ch (Betreff: Newsletter Renatur<strong>ie</strong>rung<br />
der Gewässer).<br />
Weitere Informationen: BAFU, Rémy Estoppey,<br />
Chef Sektion Oberflächengewässer<br />
Morpholog<strong>ie</strong> und Wasserführung (Abt.<br />
Wasser).<br />
D<strong>ie</strong> Stellungnahme des <strong>SWV</strong> zu den Anhörungsentwürfen<br />
der Vollzugshilfe kann<br />
auf der Webseite des <strong>SWV</strong> eingesehen<br />
werden: www.swv.ch/Downloads.<br />
Wasserkraftnutzung<br />
Spatentstich für Neubau Wasserkraftwerk<br />
Hagneck<br />
D<strong>ie</strong> B<strong>ie</strong>lersee Kraftwerke AG, d<strong>ie</strong> je zur<br />
Hälfte im Besitz der Stadt B<strong>ie</strong>l und der<br />
BKW FMB Energ<strong>ie</strong> AG ist, hat Ende Juni<br />
2011 den offiz<strong>ie</strong>llen Spatenstich für den<br />
Das bestehend Kraftwerk Hagneck mit Wehr und Zentrale.<br />
Das geplante Umgehungsgerinne.<br />
Neubau des Wasserkraftwerks Hagneck<br />
vollzogen. Mit den Installationsarbeiten<br />
für den Bauplatz wurde Anfang Juli begonnen.<br />
Nach rund v<strong>ie</strong>rjähriger Bauzeit<br />
wird d<strong>ie</strong> Anlage Mitte 2015 d<strong>ie</strong> lokale<br />
Stromproduktion um 35 Prozent, von 80<br />
Gigawattstunden (GWh) auf 108 GWh, erhöhen.<br />
Damit leistet das Wasserkraftwerk<br />
Hagneck einen wichtigen Beitrag zur Versorgung<br />
der Region Seeland mit einheimischer<br />
und erneuerbarer Energ<strong>ie</strong>.<br />
Der Neubau wird das bestehende, über<br />
100-jährige Wasserkraftwerk durch ein<br />
neues Wehr mit integr<strong>ie</strong>rter Kraftwerksanlage<br />
im Aarelauf ersetzen. Eine wichtige<br />
Erneuerung wird d<strong>ie</strong> Erhöhung der<br />
Abflusskapazität des neuen Wehres sein.<br />
D<strong>ie</strong>se ermöglicht das gefahrlose Ableiten<br />
der grössten zu erwartenden Hochwasser.<br />
Mit dem erneuerten, modernen Kraftwerk<br />
wird d<strong>ie</strong> Produktion ohne Nachteil für d<strong>ie</strong><br />
Umwelt um 35% erhöht. Damit wird eine<br />
maximale Energ<strong>ie</strong>effiz<strong>ie</strong>nz unter zeitgemässen<br />
ökologischen Bedingungen erreicht.<br />
Im Herbst 2009 wurde ein öffentlicher Gestaltungswettbewerb<br />
ausgeschr<strong>ie</strong>ben,<br />
aus welchem als S<strong>ie</strong>ger das Projekt «T<strong>ie</strong>fgang»<br />
des Teams Penzel, Val<strong>ie</strong>r und Vogel<br />
hervorging. Das Vorhaben wird d<strong>ie</strong> Energ<strong>ie</strong>effiz<strong>ie</strong>nz<br />
des Kraftwerks verbessern<br />
und das uml<strong>ie</strong>gende Gelände mit diversen<br />
Massnahmen ökologisch aufwerten. Zu<br />
den Wichtigsten gehört d<strong>ie</strong> Verbesserung<br />
der Fischwanderung: Dank zwei naturnahen<br />
Gerinnen mit zusätzlichen Lockströmungen,<br />
werden d<strong>ie</strong> Fische in d<strong>ie</strong> «richtige<br />
Bahn» gelenkt. Weiter wird der bestehende<br />
Unterwasserkanal umgestaltet und<br />
252 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
enatur<strong>ie</strong>rt, so dass ein neuer Auenwald<br />
entsteht.<br />
Der Betr<strong>ie</strong>b des bestehenden Kraftwerks<br />
wird während der gesamten Bauzeit unverändert<br />
aufrecht erhalten. Das neue<br />
Kraftwerk wird voraussichtlich ab Mitte<br />
2015 rund 27 000 Haushalte mit Strom aus<br />
erneuerbarer Energ<strong>ie</strong>quelle versorgen. D<strong>ie</strong><br />
Investitionskosten belaufen sich auf rund<br />
CHF 150 Mio.<br />
Weitere Informationen:<br />
B<strong>ie</strong>lersee Kraftwerke AG, c/o BKW FMB<br />
Energ<strong>ie</strong> AG<br />
www.b<strong>ie</strong>lerseekraftwerke.ch<br />
Wasserkraftwerk Taschinas nach plangemässer<br />
Fertigstellung am Netz<br />
Das neue Wasserkraftwerk Taschinas im<br />
vorderen Prättigau ist seit Anfang Juni<br />
2011 am Netz. Der Bau der Anlage konnte<br />
plangemäss und erfolgreich abgeschlossen<br />
werden. Das neuste Kraftwerk im Repower-Anlagenpark<br />
produz<strong>ie</strong>rt pro Jahr<br />
rund 41 Millionen Kilowattstunden Strom<br />
– das entspricht etwa dem Bedarf von<br />
10 000 Haushaltungen.<br />
Nach einer längeren Phase der Entscheidfindung,<br />
Projekt<strong>ie</strong>rung und Bewilligung<br />
konnte Repower im November 2008 mit<br />
dem Bau des Kraftwerks Taschinas beginnen.<br />
Vor wenigen Wochen wurden nun<br />
d<strong>ie</strong> Bauarbeiten an den zentralen Teilen<br />
der Anlage abgeschlossen, und d<strong>ie</strong>ser<br />
Tage ging das Kraftwerk ans Netz. Projektleiter<br />
Marcus Alig: «D<strong>ie</strong> Bauarbeiten<br />
gingen plangemäss, reibungslos und unfallfrei<br />
vonstatten.» Nach dem erfolgreich<br />
abgeschlossenen Probebetr<strong>ie</strong>b, in dem im<br />
April und Mai 2011 alle Komponenten den<br />
notwendigen aufwändigen Funktions- und<br />
Sicherheitstests unterzogen wurden, produz<strong>ie</strong>rt<br />
das Kraftwerk jetzt regulär Strom.<br />
Repower invest<strong>ie</strong>rte rund 60 Millionen<br />
Franken in das Kraftwerk Taschinas.<br />
Strom aus Wasserkraft für etwa 10 000<br />
Haushaltungen<br />
Fassung beim KW Taschinas (Quelle: repower).<br />
Das Kraftwerk Taschinas nützt das Gefälle<br />
des Taschinasbachs zwischen dem<br />
Zusammenfluss des Canibachs mit dem<br />
Valserbach und Grüsch. Das Einzugsgeb<strong>ie</strong>t<br />
beläuft sich auf rund 48 Quadratkilometer.<br />
Das auf einer Höhe von rund<br />
1028 m ü.M. gefasste Wasser wird über<br />
einen Druckstollen von 3.2 km Länge und<br />
eine Druckleitung von 1.7 km Länge in d<strong>ie</strong><br />
unterirdische Zentrale geführt und dort turbin<strong>ie</strong>rt.<br />
D<strong>ie</strong> Zentrale befindet sich bei Grüsch auf<br />
Gemeindegeb<strong>ie</strong>t von Seewis im so genannten<br />
Burgfelsen (Burg Solavers). D<strong>ie</strong><br />
50-kV-Energ<strong>ie</strong>ableitung erfolgt unterirdisch,<br />
der Strom wird im bestehenden<br />
Unterwerk Vorderprättigau ins Netz eingesp<strong>ie</strong>sen.<br />
D<strong>ie</strong> install<strong>ie</strong>rte Leistung beträgt<br />
11.5 Megawatt. Damit werden pro<br />
Jahr rund 41 Millionen Kilowattstunden<br />
Strom produz<strong>ie</strong>rt werden können – das<br />
entspricht dem Bedarf von etwa 10 000<br />
Haushaltungen.<br />
Das Kraftwerk Taschinas auf einen<br />
Blick:<br />
Auslegungswassermenge 3.5 m 3 /s<br />
Länge Druckleitung 1700 m<br />
Durchmesser Druckleitung 1.0 bis 1.1 m<br />
Länge Druckstollen 3200 m<br />
Durchmesser Druckstollen 4.1 m<br />
Fassungskote 1028 m ü.M.<br />
Kote Turbinenachse 640 m ü.M.<br />
Bruttogefälle 379 m<br />
Speichergrösse 25 000 m 3<br />
Investitionskosten ca. CHF 60 Mio<br />
Maschinenleistung 11.5 MW<br />
Jährliche Produktion 41 Mio kWh<br />
Energ<strong>ie</strong>ableitung 50 Kv<br />
Einzugsgeb<strong>ie</strong>t ca. 48 km 2<br />
Baubeginn November 2008<br />
Bauabschluss Sommer 2011<br />
Wichtiges Element der Wasserkraftnutzung<br />
im Prättigau<br />
Für Repower bedeutet d<strong>ie</strong> Anlage eine<br />
wichtige Ergänzung ihres einheimischen<br />
Kraftwerkparks. Felix Vontobel, Stv.CEO<br />
und Leiter Anlagen: «Das Kraftwerk Taschinas<br />
belegt eindrücklich, dass es mög-<br />
lich ist, d<strong>ie</strong> Nutzung der einheimischen<br />
Wasserkraft mit ökonomisch sinnvollen<br />
und ökologisch verträglichen Projekten<br />
weiterzuentwickeln». Repower nutzt d<strong>ie</strong><br />
Wasserkraft im Prättigau bereits in den<br />
bestehenden Zentralen Klosters, Schlappin<br />
und Küblis und betreibt zudem das<br />
Kleinkraftwerk Wuorweg in Grüsch. D<strong>ie</strong>se<br />
Anlagen werden laufend den neusten Anforderungen<br />
angepasst. So wurde erst<br />
2010/2011 der Druckstollen, über den das<br />
Wasser vom Davosersee zum Kraftwerk<br />
Klosters geführt wird, umfassend san<strong>ie</strong>rt.<br />
Und das Kraftwerk Küblis unterzog Repower<br />
vor einigen Jahren einer umfassenden<br />
Erneuerung. Parallel dazu wurden im Kraftwerksgebäude<br />
auch neue Büros und Magazine<br />
erstellt. Repower arbeitet zudem<br />
derzeit am Projekt Chlus, das d<strong>ie</strong> Nutzung<br />
der untersten Stufe im Prättigau zwischen<br />
Küblis, der Chlus und dem Rhein vors<strong>ie</strong>ht.<br />
Ende 2011 oder Anfang 2012 wird d<strong>ie</strong> Fertigstellung<br />
des Konzessionsprojektes erwartet.<br />
Weitere Informationen:<br />
Repower, Felix Vontobel, Stv. CEO, Leiter<br />
Anlagen, CH-7742 Poschiavo<br />
www.repower.com<br />
Umwelt<br />
Umweltzustand Schweiz: Erfolge und<br />
Herausforderungen<br />
Vor dem Jahr 2000 wurden im Umweltbereich<br />
zahlreiche Fortschritte gemacht.<br />
Seither gab es gewisse Verbesserungen,<br />
jedoch konnten bei Kernthemen w<strong>ie</strong> Klimawandel<br />
oder Erhalt der Biodiversität<br />
d<strong>ie</strong> Z<strong>ie</strong>le nicht erreicht werden. Im Inland<br />
steigt der Druck auf d<strong>ie</strong> Umwelt weiter an<br />
– wenn für manche Bereiche seit einigen<br />
Jahren auch etwas abgebremst. Mit den<br />
wachsenden Materialimporten nehmen<br />
d<strong>ie</strong> Auswirkungen im Ausland an Bedeutung<br />
zu. Das zeigt der Bericht «Umwelt<br />
Schweiz 2011», der gemeinsam vom Bundesamt<br />
für Umwelt (BAFU) und dem Bundesamt<br />
für Statistik (BFS) erarbeitet wurde<br />
(vgl. dazu auch d<strong>ie</strong> Rubrik neue Literatur).<br />
Im Umweltbereich wurden im Verlauf der<br />
vergangenen Jahrzehnte zahlreiche Fortschritte<br />
erz<strong>ie</strong>lt: D<strong>ie</strong> Immissionsgrenzwerte<br />
der meisten Luftschadstoffe werden heutzutage<br />
eingehalten, und d<strong>ie</strong> Qualität der<br />
Oberflächengewässer sow<strong>ie</strong> des Grundwassers<br />
ist im Allgemeinen gut. Insgesamt<br />
ist d<strong>ie</strong> Umweltbelastung durch Schwermetalle,<br />
Dioxine, polychlor<strong>ie</strong>rte Biphenyle<br />
(PCB) und persistente organische Schad-<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 253<br />
Nachrichten
Nachrichten<br />
stoffe (POPs) zurückgegangen, und d<strong>ie</strong><br />
San<strong>ie</strong>rung der Altlasten schreitet voran.<br />
W<strong>ie</strong> der Bericht aber auch zeigt, wurden d<strong>ie</strong><br />
grössten Fortschritte – w<strong>ie</strong> z.B. der Rückgang<br />
der Emissionen von Schwefeldioxid<br />
(SO 2 ) oder d<strong>ie</strong> Abnahme des Phosphorgehalts<br />
in Oberflächengewässern – vor<br />
dem Jahr 2000 erz<strong>ie</strong>lt. Seither hat sich d<strong>ie</strong><br />
Situation in manchen Bereichen nicht wesentlich<br />
verbessert. So werden d<strong>ie</strong> Immissionsgrenzwerte<br />
von Feinstaub (PM10),<br />
Ozon (O 3 ) und Stickstoffdioxid (NO 2 ) nach<br />
w<strong>ie</strong> vor regelmässig und teilweise deutlich<br />
überschritten. Oder in Gewässern lassen<br />
sich noch immer Mikroverunreinigungen<br />
w<strong>ie</strong> Rückstände von Pflanzenschutzmitteln,<br />
Medikamenten oder Reinigungsmitteln<br />
nachweisen.<br />
Klimawandel und Biodiversität bleiben<br />
Herausforderungen<br />
Bei Kernthemen w<strong>ie</strong> dem Klimawandel<br />
oder dem Erhalt der Biodiversität konnten<br />
d<strong>ie</strong> Z<strong>ie</strong>le bisher nicht erreicht werden. D<strong>ie</strong><br />
von der Schweiz im Rahmen des Kyoto-<br />
Protokolls eingegangene Verpflichtung,<br />
d<strong>ie</strong> Treibhausgasemissionen im Durchschnitt<br />
der Jahre 2008 bis 2012 um mindestens<br />
acht Prozent gegenüber 1990<br />
zu reduz<strong>ie</strong>ren, wurde bisher nicht erfüllt.<br />
Hauptursache für d<strong>ie</strong> Treibhausgasemissionen<br />
ist d<strong>ie</strong> Verbrennung fossiler Energ<strong>ie</strong>träger.<br />
Zwischen 1990 und 2009 ist der<br />
Verbrauch von Erdölbrennstoffen um 23<br />
Prozent zurückgegangen. Der Verbrauch<br />
von Treibstoffen hingegen hat in derselben<br />
Periode um knapp 16 Prozent und derjenige<br />
von Erdgas um rund 68 Prozent zugenommen.<br />
Beim Erhalt der Biodiversität konnte der<br />
Verlust an T<strong>ie</strong>r- und Pflanzenarten und der<br />
Rückgang ihrer Lebensräume nicht gestoppt<br />
werden. Verantwortlich dafür sind<br />
vor allem d<strong>ie</strong> wachsenden S<strong>ie</strong>dlungsflächen,<br />
d<strong>ie</strong> zunehmende Bodenvers<strong>ie</strong>gelung<br />
und Zerschneidung der Landschaften,<br />
aber auch d<strong>ie</strong> intensive Landwirtschaft.<br />
Zumindest wurden in jüngster Zeit drei<br />
regionale Naturpärke und ein Naturerlebnispark<br />
ausgesch<strong>ie</strong>den.<br />
Auswirkungen im Ausland<br />
Jüngste Zahlen zeigen, dass der Druck<br />
auf d<strong>ie</strong> Umwelt in manchen Bereichen weniger<br />
stark zunimmt als noch vor einigen<br />
Jahren. D<strong>ie</strong>s trifft insbesondere für d<strong>ie</strong><br />
Zers<strong>ie</strong>delung der Landschaften zu. Aber<br />
auch der Anst<strong>ie</strong>g des Energ<strong>ie</strong>verbrauchs<br />
und d<strong>ie</strong> Zunahme der Menge verbrannter<br />
S<strong>ie</strong>dlungsabfälle haben sich verlangsamt<br />
(für das Total der S<strong>ie</strong>dlungsabfälle trifft das<br />
nicht zu). Allerdings haben Produktion und<br />
Konsum oftmals auch Auswirkungen im<br />
Ausland: beisp<strong>ie</strong>lsweise beim Abbau von<br />
Rohstoffen, bei der Herstellung von Produkten<br />
oder beim Transport. D<strong>ie</strong>se «indirekte»<br />
oder «versteckte» Belastung gewinnt<br />
angesichts der zunehmenden Importe<br />
immer mehr an Bedeutung. In den<br />
letzten Jahren wurden um d<strong>ie</strong> 70 Prozent<br />
des Schweizer Materialbedarfs vom Ausland<br />
gedeckt – Tendenz steigend.<br />
Weitere Informationen:<br />
Christine Hofmann, stellvertretende Direktorin<br />
des Bundesamts für Umwelt BAFU,<br />
Tel. +41 (0)31 322 90 00<br />
Verena Hirsch, BFS, Sektionschefin Kommunikation,<br />
Tel. +41 (0)32 713 61 29<br />
Bestellung: Vgl. Rubrik Publikationen.<br />
Rückblick<br />
Veranstaltungen<br />
Rückblick AGAW-Workshop Fische und<br />
Wasserkraft<br />
Von Lutz Fleischer/Pfa<br />
Auch beim 14. Workshop Fische und<br />
Wasserkraft der Arbeitsgemeinschaft Alpine<br />
Wasserkraft (AGAW) ist das Thema<br />
Durchgängigkeit weiterhin brandaktuell.<br />
Der 14. Workshop «Fische und Wasserkraft»<br />
der Arbeitsgemeinschaft Alpine<br />
Wasserkraft (AGAW) wurde im Walchensee-Kraftwerk<br />
durch Bernhard Kalusa<br />
als Vertreter des «Hausherrn», der E-ON<br />
Wasserkraft GmbH, eröffnet. Mit einigen<br />
Eckdaten stellte er das Unternehmen<br />
vor: gut 6000 MW, rund 3000 davon in<br />
Deutschland, in 212 Wasserkraftwerken<br />
mit einer Regelerzeugung von insgesamt<br />
fast 20 TWh in Schweden, Span<strong>ie</strong>n, Ital<strong>ie</strong>n<br />
und natürlich Deutschland (110 Anlagen).<br />
Nicht alle haben Fischaufst<strong>ie</strong>gsanlagen, so<br />
dass d<strong>ie</strong> Wasserhaushaltsgesetzgebung<br />
zu Nachrüstungen drängt. Im Einflu<strong>ssg</strong>eb<strong>ie</strong>t<br />
der E-ON ist auch der Rhein-Main-<br />
Donau-Kanal, als Bundeswasserstrasse<br />
ist h<strong>ie</strong>r allerdings der Bund für Fischaufst<strong>ie</strong>ge<br />
zuständig.<br />
Österreichischer Leitfaden zum Bau von<br />
Fischaufst<strong>ie</strong>gshilfen<br />
Dr. Otto Pirker, Verbund Hydro Power AG,<br />
berichtete über den in Österreich vom Lebensmittelministerium<br />
in Auftrag gegebenen<br />
Leitfaden zur Umsetzung der EU-<br />
Wasserrahmenrichtlin<strong>ie</strong>. Z<strong>ie</strong>le des Leitfadens<br />
sind d<strong>ie</strong> Bestimmung des Standes<br />
der Technik für d<strong>ie</strong> Planung und den Bau<br />
von Fischaufst<strong>ie</strong>gshilfen, d<strong>ie</strong> Planungssicherheit<br />
für Anlagenbetreiber, Planer und<br />
Behörden und d<strong>ie</strong> Gewährleistung der<br />
Funktionsfähigkeit von Fischaufst<strong>ie</strong>gshilfen.<br />
Für d<strong>ie</strong> Erarbeitung sollen bestehende<br />
Grundlagen, vorhandenes Wissen und<br />
Ersatzlebensräume durch neue Uferstrukturen im Stauraum Aschach (Quelle:<br />
R. Renner).<br />
254 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Luftaufnahme des Wehrs Albbruck-Dogern mit dem neuen Umgehungsgewässer<br />
(Quelle: N. Schneiderhahn, Radag).<br />
neue Erkenntnisse von österreichischen<br />
und internationalen Experten, vorhandenes<br />
Monitoring von Daten und Stud<strong>ie</strong>n<br />
sow<strong>ie</strong> nationale und internationale Richtlin<strong>ie</strong>n<br />
berücksichtigt werden. Dabei geht es<br />
grundsätzlich um eine Konzentration auf<br />
den Fischaufst<strong>ie</strong>g bei kleinen und mittleren<br />
Gewässern, nicht für d<strong>ie</strong> Donau. Den<br />
Stand der Arbeiten skizz<strong>ie</strong>rte Pirker mit folgenden<br />
Eckdaten: Auftrag für das Grundlagendokument<br />
durch das Lebensmittelministerium<br />
im September 2008 an das<br />
Institut für Hydrobiolog<strong>ie</strong> und Gewässermanagement;<br />
Bildung einer Arbeitsgruppe<br />
für Fischaufst<strong>ie</strong>gshilfen. Ein erster Entwurf<br />
wurde im Mai 2010 vorgelegt und mit den<br />
Beteiligten diskut<strong>ie</strong>rt. H<strong>ie</strong>rbei konnten<br />
Futterplatz<br />
Wanderkorridor<br />
Reproduktion<br />
Wanderung der Seeforelle am Alpenrhein (Quelle: R. Mendez,<br />
Axpo).<br />
d<strong>ie</strong> Wasserkraftbetreiber Änderungsvorschläge<br />
und ihre Position einbringen. Bereits<br />
in d<strong>ie</strong>sem Stadium wurde der Entwurf<br />
des technischen Berichts als «Leitfaden»<br />
von den Behörden benutzt. Im März 2011<br />
wurde ein zweiter Entwurf vorgelegt, der<br />
als Grundlage für den Leitfaden d<strong>ie</strong>nen<br />
soll. Eine Veröffentlichung des Leitfadens<br />
wurde immer w<strong>ie</strong>der aufgeschoben.<br />
Um d<strong>ie</strong> Sichtweise der Wasserkraftbetreiber<br />
zu unterstreichen, wurden Kurzgutachten<br />
beauftragt. Ein fischökologischer<br />
Kommentar und Gegenüberstellung mit<br />
dem DWA-Markblatt M-509, eine Beurteilung<br />
aus technisch-hydraulischer Sicht.<br />
Hinsichtlich der Beckendimension<strong>ie</strong>rung<br />
gibt es Kritikpunkte im Vergleich zu<br />
DWA-M-509. Nicht<br />
d<strong>ie</strong> Lockströmung<br />
sondern d<strong>ie</strong> Lage<br />
des Einst<strong>ie</strong>gs ist für<br />
d<strong>ie</strong> Auffindung aus-<br />
schlaggebend. Da der Fischabst<strong>ie</strong>g nicht<br />
Stand der Technik ist, sollte er im Leitfaden<br />
nicht thematis<strong>ie</strong>rt werden.<br />
Abschl<strong>ie</strong>ssend w<strong>ie</strong>s Pirker auf d<strong>ie</strong> Auswirkungen<br />
des Leitfadens auf d<strong>ie</strong> Energ<strong>ie</strong>wirtschaft<br />
hin. Je nach «verordneter»<br />
Restwassermenge und Durchgängigkeit<br />
kann es zu Erzeugungseinschränkungen<br />
bis zu 2 TWh/pro Jahr kommen.<br />
Lebensraumverbesserung Stauraum<br />
Aschach an der Donau<br />
Auf d<strong>ie</strong> Lebensraumverbesserung durch<br />
Strukturmassnahmen im Stauraum Aschach<br />
ging Roswitha Renner in ihrem Referat<br />
mit besonderer Betrachtung der Anlandungsprobleme<br />
ein. An zahlreichen<br />
Beisp<strong>ie</strong>len zeigte s<strong>ie</strong>, w<strong>ie</strong> das gewonnene<br />
Feinsegment zum Bau von Biotopen im<br />
Uferbereich verwendet wurde.<br />
Z<strong>ie</strong>l war es, durch d<strong>ie</strong> neuen Uferstrukturen<br />
Ersatzlebensräume zu schaffen. Anlandungen<br />
im <strong>Flu</strong>ssbereich unter und über der<br />
Wasseroberfläche, mit und ohne Sicherung<br />
gegen Wellenschlag mittels Weidengeflecht<br />
führten nicht zu befr<strong>ie</strong>digenden<br />
Ergebnissen. Erst solidere Massnahmen<br />
mit Verwendung von Bruchschutt gegen<br />
das Ausschwemmen der Feinsegmente<br />
und Bildung von Biotopen waren erfolgreich.<br />
Dadurch entstand ein Vorland auf<br />
der Anlandung, der natürliche Bewuchs<br />
war erfolgversprechend. Der Einsatz grosstechnischer<br />
Anlagen zur Bildung von Inselbiotopen<br />
war dabei unumgänglich. Seit<br />
1977 wurden so zahlreiche Biotope in den<br />
Donauwindungen errichtet. Allerdings verursachte<br />
das Hochwasser 2002 grosse<br />
Schäden, da d<strong>ie</strong> Donau Biotope wegriss<br />
und nur d<strong>ie</strong> Schotterbänke übrig bl<strong>ie</strong>ben.<br />
Aber auch im reduz<strong>ie</strong>rten Zustand b<strong>ie</strong>ten<br />
d<strong>ie</strong> Biotope eine wesentliche Bereicherung<br />
von Fauna und Flora.<br />
Projektidee für eine verschl<strong>ie</strong>ssbare Kammer vor dem Bypassrohr<br />
(Quelle: R. Mendez, Axpo).<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 255<br />
Nachrichten
Nachrichten<br />
Detaill<strong>ie</strong>rte Strömungsanalysen zur Verbesserung der Wirksamkeit von Aufst<strong>ie</strong>gsanlagen (Quelle: K. Seifert, Büro für Naturschutz).<br />
Umgehungsgewässer Albbruck-Dogern<br />
In Wort und Bild gab Norbert Schneiderhan,<br />
Rheinkraftwerk Albbruck-Dogern,<br />
einen Erfahrungsbericht über d<strong>ie</strong> Fischaufst<strong>ie</strong>gsanlage<br />
beim Rheinkraftwerk Albbruck-Dogern.<br />
Kernstück der zahlreichen<br />
ökologischen Massnahmen der Radag ist<br />
ein gut 800 Meter langes und zwischen<br />
s<strong>ie</strong>ben und 15 Meter breites naturnahes<br />
Umgehungsgewäs ser (vgl. Bild 2).<br />
Das Besondere an der neuen Fischaufst<strong>ie</strong>gshilfe,<br />
d<strong>ie</strong> nicht nur Lachsen den<br />
Weg flussaufwärts ermöglicht, ist d<strong>ie</strong> sogenannte<br />
Collection Gallery. Dabei handelt<br />
es sich um eine europaweit in d<strong>ie</strong>ser<br />
Grösse bislang einmalige Anlage. Fische,<br />
d<strong>ie</strong> sich am Turbinenauslauf befinden,<br />
werden durch d<strong>ie</strong>sen Kanal um das Wehrkraftwerk<br />
herum kurzerhand ins Umgehungsgewässer<br />
geleitet.<br />
Eindrucksvoll waren d<strong>ie</strong> Ergebnisse von<br />
Fischzählungen am Kanalkraftwerk und<br />
am Wehrkraftwerk mit rund 1150 Fischen<br />
pro Jahr bzw. 2626 Fischen pro Jahr mit<br />
22 bzw. 26 Arten. Im April 2010 erfolgte<br />
ein Massenaufst<strong>ie</strong>g, der d<strong>ie</strong> Zählanlagen<br />
überforderte.<br />
Forschungsprojekt Fischabst<strong>ie</strong>g für<br />
Aare-Rheinkraftwerke<br />
Über das Stud<strong>ie</strong>nprojekt «Fischabst<strong>ie</strong>g»,<br />
Konzept und Z<strong>ie</strong>lsetzungen des Verbands<br />
Aare-Rheinwerke (VAR), berichtete Peter<br />
Hässig, BWK FMB Energ<strong>ie</strong> AG. Zweck d<strong>ie</strong>ser<br />
Untersuchung ist eine Unterstützung<br />
für Öffentlichkeitsarbeit mit dem Z<strong>ie</strong>l der<br />
Förderung des Verständnisses für Anl<strong>ie</strong>ger<br />
der Wasserkraftwerke. Z<strong>ie</strong>l ist aber auch<br />
d<strong>ie</strong> Schaffung einer Plattform für Informationstransfer<br />
und Erfahrungsaustausch. Angestrebt<br />
wird d<strong>ie</strong> Mitarbeit an Ausbau und<br />
Umsetzung der Gesetzgebung in Arbeitsgruppen,<br />
durch Stellungnahmen und ge-<br />
z<strong>ie</strong>lte Informationen. Auslöser für das Projekt<br />
war ein revid<strong>ie</strong>rtes eidgenössisches<br />
Gewässerschutzgesetz mit Forderungen<br />
bezüglich Fischdurchgängigkeit bei Neukonzession<strong>ie</strong>rungen<br />
und Ökostromzertifiz<strong>ie</strong>rungen.<br />
Auch sollte das Image «grüne»<br />
Wasserkraft gestärkt werden. Finanz<strong>ie</strong>rt<br />
wird das Projekt mit CHF 500 000 vom<br />
Verband Aare-Rheinwerke und Mitgl<strong>ie</strong>dsfirmen<br />
sow<strong>ie</strong> dem swisselectric research.<br />
Vertragspartner sind d<strong>ie</strong> ETH Zürich, Versuchsanstalt<br />
Wasserbau, Hydrolog<strong>ie</strong> und<br />
Glaziolog<strong>ie</strong>, d<strong>ie</strong> Eidgenössische Anstalt für<br />
Wasserversorgung, Abwasserreinigung<br />
und Gewässerschutz sow<strong>ie</strong> der Verband<br />
Aare-Rheinwerke. Zum Massnahmenkatalog<br />
zählt ein umfangreiches Literaturstudium<br />
und d<strong>ie</strong> nähere Untersuchung einer<br />
bestehenden Anlage in Kanada sow<strong>ie</strong> ein<br />
physikalisches Modell bei der ETH. D<strong>ie</strong><br />
einzelnen Massnahmen werden sich bis<br />
in das Jahr 2014 erstrecken. Ein umfangreicher<br />
Betreiberfragebogen begleitet das<br />
Aufst<strong>ie</strong>gsanlage am Wehr Schönmühl/Loisach (Quelle: E-ON).<br />
Projekt.<br />
Fischwanderung beim Kraftwerk Reichenau<br />
am Alpenrhein<br />
Über Untersuchungen zu Wanderungen<br />
der Seeforelle im Alpenrhein beim Kraftwerk<br />
Reichenau berichtete Ricardo Mendez,<br />
Axpo AG. D<strong>ie</strong> Seeforelle wandert bekanntermassen<br />
vom Futterplatz Bodensee<br />
zur Reproduktion bis hinauf in den Vorderrhein.<br />
Das Kraftwerk Reichenau l<strong>ie</strong>gt auf<br />
d<strong>ie</strong>ser Wanderroute (vgl. Bild 3).<br />
Beim Bau der Fischtreppe im KW Reichenau<br />
im Jahr 2000 wurde gleichzeitig<br />
ein neuer Einlaufrechen in den Oberwasserkanal<br />
install<strong>ie</strong>rt. Der fälschlicherweise<br />
zu enge Stababstand von 60 mm hindert<br />
rückwandernde Seeforellen, d<strong>ie</strong> zwischen<br />
60 und 75 cm lang sind, am Pass<strong>ie</strong>ren<br />
des Kraftwerks. Anstelle eines Ersatzes<br />
des fehlerhaften Rechens wurde ein Forschungsprojekt<br />
mit CHF 400 000 für einen<br />
Fischauf-/-abst<strong>ie</strong>g in d<strong>ie</strong> Wege geleitet.<br />
Geprüft werden soll ein Bypass an der Zen-<br />
256 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
trale des Kraftwerks mittels Rohrdurchlass<br />
durch einen bestehenden, aber nicht benutzten<br />
Nebenauslass.<br />
Mendez berichtete mit unterstützenden<br />
Bildern über versch<strong>ie</strong>dene Möglichkeiten,<br />
w<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong> Fische in den Rohrdurchlass gelockt<br />
werden sollen. Da der einfache Rohrdurchlass<br />
aus versch<strong>ie</strong>denen Gründen<br />
nicht erfolgsversprechend war, wurde d<strong>ie</strong><br />
Erstellung einer verschl<strong>ie</strong>ssbaren Kammer<br />
vor dem Bypassrohr mit versch<strong>ie</strong>denen<br />
Einst<strong>ie</strong>gshöhen und einer langsamen Entleerung<br />
der Kammer projekt<strong>ie</strong>rt. Aktuell<br />
zeigen d<strong>ie</strong> Resultate, dass d<strong>ie</strong> beschr<strong>ie</strong>bene<br />
verschl<strong>ie</strong>ssbare Kammer technisch<br />
machbar ist und eine Durchgängigkeit<br />
für Seeforellen mit einer geringen Verletzungswahrscheinlichkeit<br />
gegeben ist.<br />
Untersuchungen zur Aalwanderung am<br />
Rhein<br />
Von einem interessanten Projekt der EDF<br />
(Electricité de France) berichtete Jacky<br />
Letzter. Um d<strong>ie</strong> Überlebenschancen des<br />
Aals beim Pass<strong>ie</strong>ren der Turbinen in den<br />
Rheinkraftwerken zu beziffern, hat d<strong>ie</strong> EDF<br />
ein interessantes Forschungsprogramm<br />
realis<strong>ie</strong>rt. Beginnend mit einer Untersuchung<br />
der Mortalität an einer v<strong>ie</strong>rflügligen<br />
Kaplanturbine wurden mehrere Messstellen<br />
vor und im Rheinseitenkanal bzw. den<br />
in Rheinschlingen angelegten Kraftwerken<br />
eingerichtet. In mehreren Untersuchungsphasen<br />
wurden Aale gefangen, mit Sendern<br />
und farbigen Ballons mark<strong>ie</strong>rt, in versch<strong>ie</strong>denen<br />
Wassert<strong>ie</strong>fen ausgesetzt und durch<br />
d<strong>ie</strong> Turbinen geschickt. Der Versuch an der<br />
Anlage in Fessenheim im November 2009<br />
ergab dabei folgendes Ergebnis: von 350<br />
Aalen mit einer Länge von 750 mm gingen<br />
280 durch d<strong>ie</strong> Turbinen. 70 wurden danach<br />
gefangen und kontroll<strong>ie</strong>rt. D<strong>ie</strong> Mortalitätsrate<br />
betrug (in 48 Stunden) 7.4% ± 3.6%.<br />
Eine norm<strong>ie</strong>rte Prognose von ONEMA (Office<br />
national de l’eau et des mil<strong>ie</strong>ux aqualiques)<br />
nent 15–16% Mortalität.<br />
Optim<strong>ie</strong>rung der Leitströmung für Fischaufst<strong>ie</strong>ge<br />
Dr. Seifert vom Büro für Naturschutz<br />
stellte seine Arbeiten zur Optim<strong>ie</strong>rung der<br />
Leitströmung an der Isarstufe Gottfr<strong>ie</strong>ding<br />
vor. Z<strong>ie</strong>l war es, an d<strong>ie</strong>sem 30 Jahre alten<br />
Kraftwerk d<strong>ie</strong> beste Position<strong>ie</strong>rung für den<br />
Einst<strong>ie</strong>g zum Fischaufst<strong>ie</strong>g zu finden. Mit<br />
Hilfe eines Unterwassermodells, aufgenommen<br />
mit Sonar- und Ultraschalltechnik,<br />
wurden d<strong>ie</strong> Verhältnisse am Auslauf<br />
des Kraftwerks nachgebildet. Der Weg der<br />
Fische war zu bestimmen – am Rand oder<br />
direkt im Wanderkorridor an der Uferseite<br />
der Hauptströmung des Wanderkorridors<br />
oder auf der Kraftwerksseite bei kombin<strong>ie</strong>rten<br />
Wehr-/Kraftwerksanlagen. Als<br />
beste Lösung ergab sich d<strong>ie</strong> Position<strong>ie</strong>rung<br />
am Ende des Saugschlauchs auf der Kraftwerksseite.<br />
Weitere Untersuchungen galten<br />
der Gestaltung von Eingang und Ausgang<br />
bei einer Abflussmenge von 0.5 m 3 /s<br />
und einer Zusatzdotation von 1.1 m 3 /s –<br />
d<strong>ie</strong> sich aber bei d<strong>ie</strong>sen Bauwerken eher<br />
als kontraproduktiv auswirkte. Bei 89 Ausleerungen<br />
der eingesetzten Reuse wurden<br />
am 4.10.2010, 14 596 Individuen, darunter<br />
22 Fischarten, gezählt.<br />
Der Referent der Bayerischen Elektrizitätswerke,<br />
Ralf Klocke, unterstrich d<strong>ie</strong> Bedeutung<br />
rechtzeitig und gut geplanter Kommunikation<br />
mit allen betroffenen Grem<strong>ie</strong>n<br />
und Institutionen von Ökolog<strong>ie</strong> und Hochwasserschutz<br />
beim Erhalt und Ausbau der<br />
Wasserkraft. Da Kraftwerksgeb<strong>ie</strong>te heute<br />
weitgehend als FHH-Geb<strong>ie</strong>te ausgew<strong>ie</strong>sen<br />
se<strong>ie</strong>n, müssen d<strong>ie</strong> Gesprächspartner bei<br />
Bauvorhaben klug ausgewählt und auch<br />
d<strong>ie</strong> Zuständigen für d<strong>ie</strong> Durchsetzung der<br />
WRRL hinzugezogen werden.<br />
Hauptz<strong>ie</strong>le sind Gewässerstruktur-Verbesserungsmassnahmen,<br />
ein Untersuchungsprogramm<br />
zur Fischbestandsentwicklung,<br />
d<strong>ie</strong> Errichtung weiterer Fischaufst<strong>ie</strong>gsanlagen,<br />
Forschungsprojekte zum<br />
Fischaufst<strong>ie</strong>g beim Kraftwerk Altenstadt<br />
(UIAG) mit den Fischereibehörden, Fragen<br />
der Lockströmung sow<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong> Auenbewässerung<br />
und Überlegungen zu Fischbesatz/<br />
Gewässerstruktur. In einem ersten Paket<br />
der strategischen Schwerpunkte sollen<br />
2011 Fischaufst<strong>ie</strong>gsanlagen und Gewässerstruktur-Verbesserungsmassnahmen<br />
an fünf Günz-Staustufen realis<strong>ie</strong>rt werden.<br />
Im Anschluss an d<strong>ie</strong> Vortragsveranstaltung<br />
bestand d<strong>ie</strong> Möglichkeit, das Walchenseekraftwerk<br />
oder d<strong>ie</strong> Fischaufst<strong>ie</strong>gsanlage<br />
am Wehr Schönmühl/Loisach zu besichtigen.<br />
D<strong>ie</strong> Workshop-Reihe «Fische und Wasserkraft»<br />
der AGAW wird weitergeführt. D<strong>ie</strong><br />
15. Ausgabe wird vorausschtlich 2012 in<br />
der Schweiz durchgeführt werden.<br />
9. Doktorandenworkshop zur hydrologischen<br />
Modell<strong>ie</strong>rung (AG HYDMOD) in<br />
Bern, 28.–30. April 2011<br />
W<strong>ie</strong> können abflussbildende Prozesse mit<br />
einem hydrologischen Modell möglichst<br />
realistisch nachgebildet werden? W<strong>ie</strong> kann<br />
d<strong>ie</strong> Kalibr<strong>ie</strong>rung von Modellen verbessert<br />
werden, um auch für zukünftige Klimabedingungen<br />
robuste Modellparamater zu<br />
bestimmen? W<strong>ie</strong> können d<strong>ie</strong> Unsicherheiten,<br />
d<strong>ie</strong> mit jeder Art der Modell<strong>ie</strong>rung<br />
einhergehen, beziffert und transparent<br />
Ausleitbauwerk und Gesch<strong>ie</strong>berückhalt.<br />
Hochwasserschutzmassnahmen am<br />
Glyssi bach, Schwanden bei Br<strong>ie</strong>nz (Foto:<br />
Viviroli 2011).<br />
kommuniz<strong>ie</strong>rt werden? D<strong>ie</strong> über 40 Teilnehmenden<br />
aus Deutschland, Österreich<br />
und der Schweiz haben am 28. und 29.<br />
April 2011 in der Universität Bern intensiv<br />
über d<strong>ie</strong>se und andere Fragen im Rahmen<br />
des jährlichen Doktorandenworkshops zur<br />
hydrologischen Modell<strong>ie</strong>rung (AG HYD-<br />
MOD) diskut<strong>ie</strong>rt und mögliche Lösungswege<br />
vorgeschlagen. Der Workshop ist<br />
eine Fachtagung zur Modell<strong>ie</strong>rung hydrologischer<br />
Systeme im weitesten Sinne und<br />
richtet sich explizit an Nachwuchsforscher<br />
der Doktorats- und Masterstufe. D<strong>ie</strong> von<br />
allen Teilnehmenden geschätzte ungezwungene<br />
Atmosphäre b<strong>ie</strong>tet den Raum,<br />
nicht nur das eigene Forschungsprojekt<br />
vorzustellen, sondern auch Probleme zu<br />
diskut<strong>ie</strong>ren und kreative Lösungsansätze<br />
zu entwickeln. D<strong>ie</strong>s zeichnet d<strong>ie</strong>se Vortragsveranstaltung<br />
aus.<br />
Erstmalig konnten d<strong>ie</strong> Teilnehmenden in<br />
d<strong>ie</strong>sem Jahr d<strong>ie</strong> Theor<strong>ie</strong> und deren Übertragbarkeit<br />
auf d<strong>ie</strong> Praxis auf einer Exkursion<br />
unmittelbar überprüfen. Durch<br />
d<strong>ie</strong> hydrologische Modell<strong>ie</strong>rung sollten<br />
immer auch Empfehlungen für praktische<br />
Anwendungen und Fragestellungen gegeben<br />
werden, w<strong>ie</strong> z.B. für den Hochwasserschutz<br />
oder das Abschätzen des zukünftigen<br />
Wasserdargebots für d<strong>ie</strong> Hydroenerg<strong>ie</strong>produktion.<br />
Auf der Feldexkursion<br />
in das Grimselkraftwerk und nach Br<strong>ie</strong>nz,<br />
wurden d<strong>ie</strong> für Hochwasserschutzmassnahmen<br />
und Wasserkraft relevanten Fragestellungen<br />
mit Experten vor Ort erörtert.<br />
Dabei wurde unter anderem deutlich, welchen<br />
Stellenwert der Praxisbezug in der<br />
Wissenschaft hat.<br />
D<strong>ie</strong> 10. AG HYDMOD findet im Frühjahr<br />
2012 an der Fr<strong>ie</strong>drich-Schiller-Universität<br />
Jena statt.<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 257<br />
Nachrichten
Nachrichten<br />
Veranstaltungen<br />
Hochwasserschutz<br />
KOHS-Weiterbildungskurse 3. Ser<strong>ie</strong><br />
Gefahrengrundlagen und Hochwasserbewältigung<br />
Lenzburg, 17./18. November 2011<br />
D<strong>ie</strong> Kommission Hochwasserschutz<br />
(KOHS) des <strong>SWV</strong> startet zusammen mit<br />
dem Bundesamt für Umwelt (BAFU) eine<br />
dritte Ser<strong>ie</strong> von Weiterbildungskursen.<br />
Thema der Kursser<strong>ie</strong> ist d<strong>ie</strong> Bewältigung<br />
von Hochwasserereignissen, beginnend<br />
mit den für d<strong>ie</strong> Notfallplanung benötigten<br />
Gefahrengrundlagen über d<strong>ie</strong> Schwachstellenanalyse<br />
bis hin zu Sofortmassnahmen<br />
während und nach einem Ereignis.<br />
D<strong>ie</strong> zentralen Elemente der Hochwasserbewältigung<br />
werden von ausgew<strong>ie</strong>senen<br />
Fachleuten präsent<strong>ie</strong>rt und in Workshops<br />
diskut<strong>ie</strong>rt.<br />
D<strong>ie</strong> KOHS und das BAFU leisten mit d<strong>ie</strong>sem<br />
Kurs einen weiteren Beitrag für d<strong>ie</strong> Qualitätssicherung<br />
im Hochwasserschutz. Der<br />
Kurs richtet sich an Fachleute von Ingen<strong>ie</strong>ur-<br />
und Beratungsunternehmen sow<strong>ie</strong><br />
von kantonalen Verwaltungen.<br />
Kurssprache<br />
Der Kurs in Lenzburg wird in deutscher<br />
Sprache durchgeführt (Kurse in französischer<br />
Sprache werden folgen).<br />
Kurskosten<br />
Mitgl<strong>ie</strong>der <strong>SWV</strong>/VIB CHF 650.–.<br />
Nichtmitgl<strong>ie</strong>der <strong>SWV</strong>/VIB CHF 750.–.<br />
Inkl. Kursunterlagen, Verpflegung 1. Tag<br />
Mittag und Abend sow<strong>ie</strong> 2. Tag Mittag,<br />
Pausenkaffee, Transporte für d<strong>ie</strong> Exkursion;<br />
exkl. 8% MWSt. und allfällige Übernachtungskosten.<br />
Programm<br />
Der d<strong>ie</strong>sem Heft beil<strong>ie</strong>gende Flyer, der<br />
auch als Download auf unserer Webseite<br />
www.swv.ch erhältlich ist, inform<strong>ie</strong>rt über<br />
das detaill<strong>ie</strong>rte Programm.<br />
Anmeldung<br />
Anmeldungen sind ab sofort möglich. Bitte<br />
ausschl<strong>ie</strong>sslich einfach und bequem über<br />
d<strong>ie</strong> Webseite des <strong>SWV</strong>: www.swv.ch.<br />
D<strong>ie</strong> Teilnehmerzahl ist auf 25 Personen<br />
beschränkt. D<strong>ie</strong> Berücksichtigung erfolgt<br />
entsprechend dem Eingang der Anmeldungen.<br />
Fachtagung Wasserkraft<br />
D<strong>ie</strong> Rolle der Wasserkraft in der Energ<strong>ie</strong>strateg<strong>ie</strong><br />
2050<br />
Solothurn 24.11.2011<br />
An d<strong>ie</strong>ser gemeinsam von der Stiftung<br />
Umweltschutz Schweiz und dem <strong>SWV</strong><br />
durchgeführten Fachtagung werden d<strong>ie</strong><br />
Potenziale zur zusätzlichen Nutzung der<br />
Wasserkraft in der Schweiz quantifiz<strong>ie</strong>rt<br />
und kritisch diskut<strong>ie</strong>rt. Reichen technische<br />
Massnahmen zu deren Realisation oder<br />
braucht es eine Lockerung der Restwasservorschriften<br />
oder eine Verbesserung<br />
der Planungsabläufe und der Verfahren?<br />
Zudem werden versch<strong>ie</strong>dene Einzelfragen<br />
diskut<strong>ie</strong>rt w<strong>ie</strong> d<strong>ie</strong> Rolle der Pumpwasserspeicherung.<br />
Programm<br />
Der d<strong>ie</strong>sem Heft beil<strong>ie</strong>gende Flyer, der<br />
auch als Download auf unserer Webseite<br />
www.swv.ch erhältlich ist, inform<strong>ie</strong>rt über<br />
das detaill<strong>ie</strong>rte Programm.<br />
Kosten<br />
Tagungsbeitrag für Mitgl<strong>ie</strong>der <strong>SWV</strong>:<br />
CHF 270.–<br />
Tagungsbeitrag für Nicht-Mitgl<strong>ie</strong>der <strong>SWV</strong>:<br />
CHF 390.–<br />
Anmeldung<br />
Anmeldungen sind ab sofort möglich<br />
unter: www.umweltschutz.ch oder unter<br />
www.swv.ch<br />
KOHS-Tagung 2012/Symposium CIPC<br />
2012<br />
Regul<strong>ie</strong>rung Gewässersysteme – von<br />
der Vorhersage zum Entscheid<br />
Freitag, 20. Januar 2012, Olten<br />
Vendredi, 20 janv<strong>ie</strong>r 2012, Olten<br />
D<strong>ie</strong> jährlich von der Kommission Hochwasserschutz<br />
(KOHS) des <strong>SWV</strong> organis<strong>ie</strong>rte<br />
Fachtagung ist d<strong>ie</strong>smal dem Thema<br />
«Regul<strong>ie</strong>rung Gewässersysteme – von der<br />
Vorhersage zum Entscheid» gewidmet. Vorhersagen<br />
sind eine wichtige Voraussetzung,<br />
um frühzeitig auf kritische Hochwasser- und<br />
auch N<strong>ie</strong>derwassersituationen reag<strong>ie</strong>ren zu<br />
können. Neben wissenschaftlichen Grundlagen<br />
interes-s<strong>ie</strong>ren dabei auch d<strong>ie</strong> Randbedingungen<br />
aus Sicht der Entscheidungsfindung<br />
und der Politik. D<strong>ie</strong>se Aspekte werden<br />
an der KOHS-Tagung von ausgew<strong>ie</strong>senen<br />
Fachleuten ausgeleuchtet und diskut<strong>ie</strong>rt.<br />
Tagungssprachen/Langues<br />
D<strong>ie</strong> Vorträge werden in Deutsch oder Französisch<br />
gehalten. Es ist keine Simultanübersetzung<br />
vorgesehen.<br />
Les conférences seront présentées en allemand<br />
ou français. La traduction simultanée<br />
n’est pas prévue.<br />
Tagungskosten/Frais<br />
Mitgl<strong>ie</strong>der <strong>SWV</strong>/Membres ASAE<br />
CHF 230.–.<br />
Nichtmitgl<strong>ie</strong>der <strong>SWV</strong>/Non-membres<br />
CHF 300.–.<br />
Stud<strong>ie</strong>rende/Etudiants<br />
CHF 115.–.<br />
Inkl. Fachtagung, Mittagessen, Pausenkaffee,<br />
exkl. 8% MWSt./Y inclus inscription au<br />
symposium, repas de midi, café, 8% TVA<br />
exclue.<br />
Programm<br />
Der d<strong>ie</strong>sem Heft beil<strong>ie</strong>gende Flyer, der auch<br />
als Download auf unserer Webseite www.<br />
swv.ch erhältlich ist, inform<strong>ie</strong>rt über das detaill<strong>ie</strong>rte<br />
Programm.<br />
Anmeldung/Inscription<br />
Anmeldungen sind ab sofort möglich. Bitte<br />
ausschl<strong>ie</strong>sslich einfach und bequem über<br />
d<strong>ie</strong> Webseite des <strong>SWV</strong>/Inscriptions uniquement<br />
par le site web de l’ASAE s.v.p:<br />
www.swv.ch<br />
D<strong>ie</strong> Anmeldungen werden nach Eingang<br />
berücksichtigt.<br />
258 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
Agenda<br />
Lenzburg 17./18.11.2011<br />
KOHS-Weiterbildungskurs Hochwasserschutz<br />
3. Ser<strong>ie</strong>: Gefahrengrundlagen<br />
und Hochwasserbewältigung<br />
Kursangebot des Bundesamt für Umwelt<br />
(BAFU) in Zusammenarbeit mit der Kommission<br />
Hochwasserschutz (KOHS) des <strong>SWV</strong>.<br />
Information/Anmeldung: über den d<strong>ie</strong>sem<br />
Heft beil<strong>ie</strong>genden Flyer, bzw. direkt über<br />
unsere Webseite: www.swv.ch<br />
Rapperswil 23.–25.11.2011<br />
Stahlwasserbau, Abschlussorgane,<br />
Druckleitungen, Rechenreinigungsmaschinen<br />
HSR, Hochschule für Technik, Oberseestrasse<br />
10, CH-8640 Rapperswil<br />
www.weiterbildung-hydro.ch<br />
Solothurn 24.11.2011<br />
Tagung: D<strong>ie</strong> Rolle der Wasserkraft in<br />
der Energ<strong>ie</strong>strateg<strong>ie</strong> 2050<br />
Veranstaltung der Stiftung Praktischer<br />
Umweltschutz Schweiz (PUSCH) zusammen<br />
mit dem <strong>SWV</strong>.<br />
Information/Anmeldung: über den d<strong>ie</strong>sem<br />
Heft beil<strong>ie</strong>genden Flyer, bzw. direkt über<br />
unsere Webseite: www.swv.ch<br />
Rapperswil 11.–13.1.2012<br />
Betr<strong>ie</strong>bsführung und Instandhaltung (F)<br />
HSR, Hochschule für Technik, Oberseestrasse<br />
10, CH-8640 Rapperswil<br />
www.weiterbildung-hydro.ch<br />
Olten 20.1.2012<br />
KOHS-Tagung Hochwasserschutz 2012:<br />
Regul<strong>ie</strong>rung Gewässersysteme – von<br />
der Vorhersage zum Entscheid<br />
Veranstaltung der Kommission Hochwasserschutz<br />
(KOHS) des <strong>SWV</strong>.<br />
Information/Anmeldung: über den d<strong>ie</strong>sem<br />
Heft beil<strong>ie</strong>genden Flyer, bzw. direkt über<br />
unsere Webseite: www.swv.ch<br />
Horw 28.–30. März 2012<br />
Hydromechanik<br />
HSLU – Technik & Architektur,<br />
Technikum strasse 21, CH-6048 Horw<br />
www.weiterbildung-hydro.ch<br />
Rapperswil 6.–8. Juni 2012<br />
Stahlwasserbau, Abschlussorgane,<br />
Druckleitungen, Rechenreinigungsmaschinen<br />
(D)<br />
HSR, Hochschule für Technik, Oberseestrasse<br />
10, CH-8640 Rapperswil<br />
www.weiterbildung-hydro.ch<br />
Literatur<br />
Bericht Umwelt Schweiz 2011<br />
Herausgeber: Bundesamt für Umwelt<br />
BAFU, Bundesamt für Statistik BFS; Publikation:<br />
Juli 2011, 101 Seiten<br />
Der Bericht «Umwelt Schweiz 2011» wurde<br />
w<strong>ie</strong> bereits d<strong>ie</strong> Ausgaben 2007 und 2009<br />
vom Bundesamt für Umwelt (BAFU) und<br />
dem Bundesamt für Statistik (BFS) gemeinsam<br />
erarbeitet. Er gibt einen systematischen<br />
Überblick über den Zustand und<br />
d<strong>ie</strong> Entwicklung der Umwelt in der Schweiz<br />
und zeigt insbesondere d<strong>ie</strong> Auswirkungen<br />
unseres Lebensstils auf d<strong>ie</strong> Umwelt auf.<br />
Der Bericht z<strong>ie</strong>ht ausserdem Bilanz über<br />
d<strong>ie</strong> getroffenen Massnahmen zur Verbesserung<br />
der Umweltqualität, identifiz<strong>ie</strong>rt aktuelle<br />
Handlungsfelder und stellt d<strong>ie</strong> Fort<br />
schritte der Schweiz denjenigen anderer<br />
europäischer Länder gegenüber<br />
Download oder Bestellung: www.bafu.<br />
admin.ch/publikationen<br />
D<strong>ie</strong> industr<strong>ie</strong>lle Schweiz<br />
D<strong>ie</strong> industr<strong>ie</strong>lle Schweiz – vom 18. ins<br />
21. Jahrhundert, aufgebaut und ausverkauft<br />
Hans-Peter Bärtschi, 2011, 308 Seiten,<br />
über 350 farbige und schwarzweisse Abb.,<br />
Format 27 × 22 cm, Pappband, ISBN 978-<br />
3-03919-145-1, Verlag: h<strong>ie</strong>r + jetzt, CH-<br />
5400 Baden<br />
Bestellungen: www.h<strong>ie</strong>rundjetzt.ch<br />
D<strong>ie</strong> Zeiten, als täglich Tausende von Werktätigen<br />
in r<strong>ie</strong>sigen Fabrikhallen ihrer Arbeit<br />
nachgingen, gehören in der Schweiz<br />
grösstenteils der Vergangenheit an. Gleichzeitig<br />
steht das Land im Bereich der technologischen<br />
Innovation bis heute an der<br />
Weltspitze. D<strong>ie</strong> Schweiz ist als Industr<strong>ie</strong>staat<br />
zum reichsten Land der Welt geworden.<br />
In den letzten Jahrzehnten ist das<br />
Land als Produktionsstandort stark unter<br />
Druck gekommen; Betr<strong>ie</strong>bsschl<strong>ie</strong>ssungen,<br />
Abbruch und Umnutzung von Industr<strong>ie</strong>anlagen<br />
haben d<strong>ie</strong> letzten Jahrzehnte geprägt.<br />
Hans-Peter Bärtschi aus Winterthur<br />
ist der beste Kenner der Schweizer Industr<strong>ie</strong>geschichte.<br />
In einer beeindruckenden<br />
Tour d’Horizon schildert er d<strong>ie</strong> v<strong>ie</strong>lfältigen<br />
Erfolgsgeschichten, wirft aber auch einen<br />
kritischen Blick auf den Abbau und Ausverkauf<br />
der letzten Jahrzehnte. Das Buch<br />
ist ein leidenschaftliches Plädoyer für den<br />
Werkplatz Schweiz.<br />
Verlag H<strong>ie</strong>r und Jetzt<br />
D<strong>ie</strong> Themen der deutschen «Wasserwirtschaft»<br />
9-10-2011<br />
68 Jahre nach Jambor: Untersuchungen<br />
zum Einfluss einer Wehrschwelle<br />
Michael Gebhardt, Udo Pfrommer, Fabian<br />
Belzner, Norbert Eisenhauer<br />
Verminderung von Bodenerosion durch<br />
nachhaltige Bodenbewirtschaftung<br />
Andreas Klik, Stefan Strohme<strong>ie</strong>r<br />
Temperaturmanagement der Wupper<br />
im Bereich der Kraftwerke Barmen und<br />
Elberfeld<br />
Michael Windmann, Göran Kauermann,<br />
Andreas Hoffmann, Joachim Tischb<strong>ie</strong>rek,<br />
Volker Leonhard<br />
Erste sichere Nachweise von Schweinswalen<br />
im Emsästuar<br />
Uwe Walter, Stella Mansky, Tobias Linke<br />
Strömungsvisualis<strong>ie</strong>rung auf Blocksteinrampen<br />
in R<strong>ie</strong>gelbauweise<br />
Mario Oertel<br />
Turbulente Strukturen als Erfolgskriterium<br />
von Fischaufst<strong>ie</strong>gsanlagen<br />
Matthias Haselbauer, Carlos Barreira<br />
Martinez<br />
Neubau des Kraftwerkes Bruckhäusl<br />
Andreas Egger<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 259<br />
Nachrichten
Nachrichten<br />
Das Wasserkraftpotenzial in Deutschland<br />
und Europa<br />
Pia Anderer<br />
Ökologische Anforderungen durch d<strong>ie</strong><br />
WRRL<br />
Ute Schneider-Ritter<br />
Zukunft der Wasserkraft in Baden-Württemberg<br />
Helmfr<strong>ie</strong>d Meinel, Jörg Heimler<br />
D<strong>ie</strong> Very-Low-Head-Turbine – Technik<br />
und Anwendung<br />
Lutz Juhrig<br />
D<strong>ie</strong> Steffturbine – eine auf einem Umlaufband<br />
beruhende Kleinwasserkraftanlage<br />
Andreas Malcherek, Helmut Kulisch,<br />
Christian Maerker<br />
Entwicklung einer kinetischen Strö -<br />
mungsturbine<br />
Albert Ruprecht und Andreas Ruopp<br />
Ausgleichsenerg<strong>ie</strong> – Perspektiven für<br />
Pumpspeicher<br />
Peter Vennemann<br />
Erweiterung des Pumpspeicherkraftwerkes<br />
Vianden in Luxemburg mit einer<br />
11. Maschine<br />
Michael Moltrecht<br />
Neubauprojekt Pumpspeicherwerk Atdorf<br />
– Gesamtkonzeption<br />
Stephan Kolb<br />
D<strong>ie</strong> Themen der ÖWAW 5–8/2011<br />
Gesunde Ernährung und Nachhaltigkeit<br />
– Grundlagen, Methodik und Erkenntnisse<br />
eines Forschungsprojektes<br />
in Rahmen des proVISION Programmes<br />
des BMWF<br />
M. Zessner, H. Steinmüller, K.H. Wagner,<br />
M.M. Krachler, S. Thaler, K. Fazeni,<br />
K. Helmich, M. Weigl, K. Ruzicka,<br />
Ernährung und Flächennutzung in<br />
Österreich<br />
M. Zessner, K. Helmich, S. Thaler,<br />
M. Weigl, K.H. Wagner, T. Haider, M.M.<br />
Mayer, S. Heigl<br />
Stickstoff- und Phosphorbelastungen<br />
der Fl<strong>ie</strong><strong>ssg</strong>ewässer Österreichs und<br />
Möglichkeiten zu deren Reduktion<br />
C. Schilling, M. Zessner, A. Kovacs, G.<br />
Hochedlinger, G. Windhofer, O. Gabr<strong>ie</strong>l,<br />
S. Thaler, J. Parajka, S. Natho<br />
Der Einfluss von Ernährungsgewohnheiten<br />
auf d<strong>ie</strong> Nährstoffbilanz Österreichs<br />
S. Thaler, M. Zessner, MM. Mayr, T.<br />
Haider, H. Kroiss, KH. Wagner, K. Ruzicka<br />
Energ<strong>ie</strong>bilanzen der österreichischen<br />
Landwirtschaft unter Berücksichtigung<br />
von Ernährungsgewohnheiten<br />
H. Steinmüller, K. Fazeni<br />
Auf der Kanalautobahn zum Erfolg<br />
mit Kanalprognosen<br />
K. Jansen<br />
Schnittstellen im Katastrophenschutz<br />
der Stadt Graz am Beisp<strong>ie</strong>l Hochwasser<br />
G. Zenz, A. Hammer, R. Strukely<br />
Hochwasserereignisse in kleinen, urbanen<br />
Einzugsgeb<strong>ie</strong>ten – Vorhersage<br />
und Vorwarnung am Beisp<strong>ie</strong>l Graz<br />
C. Jöbstl, S. Ortner, H. Knoblauch, G.<br />
Zenz<br />
HOWATI – HochWasser Tirol – ein Beitrag<br />
zur Harmonis<strong>ie</strong>rung von Bemessungshochwässern<br />
in Österreich<br />
M. Rogger, B. Kohl, H. Pirkl, M. Hofer,<br />
R. Kirnbauer, R. Merz, J. Komma, A.<br />
Viglione, G. Blöschl<br />
Abfall oder Rohstoff? Rechtsgrundlagen<br />
für d<strong>ie</strong> W<strong>ie</strong>derverwertung von<br />
Tunnelausbruchmaterial.<br />
M. Entacher, D. Resch, R. Galler<br />
Trinkwasserversorgung – Frequenzumrichter<br />
VLT ® Low Harmonic Drives<br />
erhalten Netzqualität<br />
P. Leinberger<br />
Industr<strong>ie</strong>mitteilungen<br />
Erstes Wellenkraftwerk der Welt kommerz<strong>ie</strong>ll<br />
angeschlossen<br />
Spanischer Energ<strong>ie</strong>versorger EVE Vorreiter:<br />
300 kW Leistung am kommerz<strong>ie</strong>llen<br />
Netz.<br />
Zuverlässige Technolog<strong>ie</strong> von Voith<br />
Hydro: Über 10 Jahre betr<strong>ie</strong>bserprobt.<br />
Minimale Eingriffe in d<strong>ie</strong> Umwelt und<br />
hohe wirtschaftliche Synerg<strong>ie</strong>: 16<br />
Wellsturbinen in neue Hafenmole von<br />
baskischer Küstenstadt Mutriku integr<strong>ie</strong>rt.<br />
Das Wellenkraftwerk Mutriku (Quelle: Voith).<br />
Der Energ<strong>ie</strong>versorger Ente Vasco de la<br />
Energía (EVE) fe<strong>ie</strong>rte d<strong>ie</strong> offiz<strong>ie</strong>lle Inbetr<strong>ie</strong>bnahme<br />
des Wellenkraftwerks Mutriku<br />
– weltweit das erste in kommerz<strong>ie</strong>llem Betr<strong>ie</strong>b<br />
befindliche. Der deutsche Technolog<strong>ie</strong>ausrüster<br />
Voith Hydro hat für d<strong>ie</strong>se<br />
Anlage d<strong>ie</strong> Ausrüstung für d<strong>ie</strong> 16 Wellsturbinen-Einheiten<br />
gel<strong>ie</strong>fert, d<strong>ie</strong> eine Gesamtleistung<br />
von 300 Kilowatt haben und<br />
ausreichend Strom für 250 Haushalte produz<strong>ie</strong>ren.<br />
Das Projekt Mutriku zeigt: Unsere Technolog<strong>ie</strong><br />
zur Nutzung der Wellenkraft ist kommerz<strong>ie</strong>ll<br />
einsatzfähig und steht bereit für<br />
den weiteren Einsatz im globalen Markt»,<br />
so Dr. Roland Münch, Vorsitzender der Geschäftsführung<br />
der Voith Hydro Holding.<br />
«Um d<strong>ie</strong>se Entwicklung auch künftig zu<br />
fördern, können angemessene Einspeisevergütungen<br />
für Wellenkraft – w<strong>ie</strong> s<strong>ie</strong><br />
bereits in einigen Ländern exist<strong>ie</strong>ren – nun<br />
d<strong>ie</strong> richtigen politischen Rahmenbedingungen<br />
setzen.»<br />
D<strong>ie</strong> Wellenkrafttechnolog<strong>ie</strong> von Voith<br />
Hydro kann sowohl in bestehende Wellenbrecher<br />
und Hafenmauern als auch in<br />
Neubauten integr<strong>ie</strong>rt werden. Langfristig<br />
belegte Zuverlässigkeit und kontinu<strong>ie</strong>rliche<br />
Weiterentwicklung des Designs bilden<br />
d<strong>ie</strong> Grundlage der Performance d<strong>ie</strong>ser<br />
Technolog<strong>ie</strong>. Das weltweite Potenzial der<br />
Meeresenerg<strong>ie</strong>n l<strong>ie</strong>gt bei 1.8 Terawatt und<br />
steht erst am Beginn seiner weltweiten Erschl<strong>ie</strong>ssung.<br />
D<strong>ie</strong> Voith Hydro OWC-Technolog<strong>ie</strong> (oscillating<br />
water column = oszill<strong>ie</strong>rende Wassersäule)<br />
ist d<strong>ie</strong> heute einzige unter kommerz<strong>ie</strong>llen<br />
Bedingungen erprobte. Auf<br />
der schottischen Insel Islay betreibt Voith<br />
Hydro bereits seit über zehn Jahren das<br />
Wellenkraftwerk Limpet, das über 65 000<br />
Stunden am Netz ist und Strom in industr<strong>ie</strong>llem<br />
Massstab einspeist.<br />
260 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
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«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 261<br />
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��������������������� ����������������������������� 262 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden<br />
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«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 263<br />
Nachrichten
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Schweizerische Fachzeitschrift für Wasserrecht, Wasserbau, Wasserkraftnutzung,<br />
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Seenregul<strong>ie</strong>rung, Hochwasserschutz, Binnenschifffahrt, Energ<strong>ie</strong>wirtschaft,<br />
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navigation intér<strong>ie</strong>ure, de l’économ<strong>ie</strong> énergétique et de l’hygiène de l’air.<br />
Gegründet 1908. Vor 1976 «Wasser- und Energ<strong>ie</strong>wirtschaft», avant 1976 «Cours d’eau et énerg<strong>ie</strong>»<br />
Redaktion: Roger Pfammatter (Pfa), Direktor des Schweizerischen Wasserwirtschaftsver bandes<br />
Layout, Redaktions sekretariat und Anzeigenberatung: Manuel Minder (mmi)<br />
ISSN 0377-905X<br />
Verlag und Administration: Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband, Rütistrasse 3a, CH-5401 Baden, Telefon 056 222 50 69, Telefax 056 221 10 83,<br />
http://www.swv.ch, info@swv.ch, E-Mail: r.pfammatter@swv.ch, m.minder@swv.ch, Postcheckkonto Zürich: 80-32217-0, «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft», Mehrwertsteuer-Nr.:<br />
351 932<br />
Inseratenverwaltung: Manuel Minder · Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband (<strong>SWV</strong>)<br />
Rütistrasse 3a · 5401 Baden · Telefon 056 222 50 69 · Fax 056 221 10 83 · E-mail: m.minder@swv.ch<br />
Druck: buag Grafisches Unternehmen AG, Täfernstrasse 14, 5405 Baden-Dättwil, Telefon 056 484 54 54, Fax 056 493 05 28<br />
«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» ist offiz<strong>ie</strong>lles Organ des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes (<strong>SWV</strong>) und seiner Gruppen: Associazione Ticinese di Economia<br />
delle Acque, Verband Aare-Rheinwerke, Rheinverband und des Schweizerischen Talsperrenkomitees.<br />
Jahresabonnement CHF 120.– (zuzüglich 2,5% MWST), für das Ausland CHF 140.–, Erscheinungsweise 4 × pro Jahr im März, Juni, September und Dezember<br />
Einzelpreis Heft, CHF 30.–, zuzüglich Porto und 2,5% MWST<br />
264 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
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Tel. +41 (0)21 425 77 40/41/42<br />
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«Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 265
mmi · swv · 9/08<br />
Gesunde Umwelt durch Wasserkraft.<br />
Ökologische Bestnoten:<br />
Im Quervergleich mit anderen Stromer zeugungsarten<br />
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Strom für morgen und übermorgen:<br />
Wasserkraft ist erneuerbare Energ<strong>ie</strong>, schont<br />
d<strong>ie</strong> Ressourcen und trägt entscheidend zur<br />
Nachhaltigen Strom erzeugung bei.<br />
Trumpfkarte im Klimaschutz:<br />
D<strong>ie</strong> saubere Energ<strong>ie</strong>quelle Wasserkraft trägt<br />
ma<strong>ssg</strong>eblich zur Verbesserung der CO 2 -Bilanz<br />
der Schweiz bei.<br />
Gebannte Hochwasser-Gefahr:<br />
Speicherseen halten bei starken Regenfällen<br />
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Raum für neues Leben:<br />
Wo Wasser gestaut wird, entstehen neue, biologisch<br />
wertvolle Wasserfl ächen und Uferzonen.<br />
Eine ganze Reihe davon stehen heute<br />
unter Natur schutz.<br />
266 «Wasser Energ<strong>ie</strong> Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden