Aufsatz veröffentlicht in: "Wasserbau-Symposium 2021: Wasserbau in Zeiten von Energiewende, Gewässerschutz und Klimawandel, Zurich, Switzerland, September 15-17, 2021, Band 1" veröffentlicht unter: https://doi.org/10.3929/ethz-b-00049975

Frei, Isabelle

Gander,Brigitta

Müller, Hans

Schmocker, Lucas

Stalder, Jacqueline

Hydraulic Engineering Repository

Conference Paper, Published VersionSchmocker, Lucas; Müller, Hans; Frei, Isabelle; Stalder, Jacqueline;Gander,BrigittaSanierung Stauanlagen im Zürcher OberlandVAW MitteilungenZur Verfügung gestellt in Kooperation mit/Provided in Cooperation with:ETH Zürich, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW)Verfügbar unter/Available at: https://hdl.handle.net/20.500.11970/108454Vorgeschlagene Zitierweise/Suggested citation:Schmocker, Lucas; Müller, Hans; Frei, Isabelle; Stalder, Jacqueline; Gander,Brigitta (2021):Sanierung Stauanlagen im Zürcher Oberland. In: Boes, Robert (Hg.): Wasserbau-Symposium 2021. Wasserbau in Zeiten von Energiewende, Gewässerschutz undKlimawandel. Band 1. VAW Mitteilungen 262. Zürich: ETH Zürich, Versuchsanstalt fürWasserbau, Hydrologie und Glaziologie. S. 57-64.Standardnutzungsbedingungen/Terms of Use:Die Dokumente in HENRY stehen unter der Creative Commons Lizenz CC BY 4.0, sofern keine abweichendenNutzungsbedingungen getroffen wurden. Damit ist sowohl die kommerzielle Nutzung als auch das Teilen, dieWeiterbearbeitung und Speicherung erlaubt. Das Verwenden und das Bearbeiten stehen unter der Bedingung derNamensnennung. Im Einzelfall kann eine restriktivere Lizenz gelten; dann gelten abweichend von den obigenNutzungsbedingungen die in der dort genannten Lizenz gewährten Nutzungsrechte.Documents in HENRY are made available under the Creative Commons License CC BY 4.0, if no other license isapplicable. Under CC BY 4.0 commercial use and sharing, remixing, transforming, and building upon the materialof the work is permitted. In some cases a different, more restrictive license may apply; if applicable the terms ofthe restrictive license will be binding.Verwertungsrechte: CC BY 4.0Sanierung Stauanlagen im Zürcher Oberland Renovation of small dams in the canton of Zürich Lukas Schmocker, Hans Müller, Isabelle Frei, Jacqueline Stalder, Brigitta Gander Kurzfassung Aufgrund der Anpassung des Stauanlagengesetzes (StAG) resp. der Stauanla-genverordnung (StAV) müssen schweizweit sämtliche kleine Stauanlagen betref-fend der besonderen Gefährdung bei einem Dammbruch überprüft werden. Eine besondere Gefährdung besteht, wenn bei einem Dammversagen Menschenle-ben gefährdet oder grössere Sachschäden verursacht werden können. Basie-rend auf dieser Überprüfung wurden mehrere Stauweiher, die nur noch einen ökologischen bzw. Naherholungscharakter aufweisen, dem StAG und der StAV unterstellt, womit erhöhte Anforderungen an die Dammstabilität, die Hochwas-sersicherheit sowie Unterhalt und Überwachung gestellt werden. Basler & Hof-mann AG hat bei mehreren Stauweihern im Kanton Zürich die Flutwellenausbrei-tung gutachterlich oder mittels 2D-Flutmodellen bestimmt, die Dammstabilität überprüft und die Hochwasserentlastung betreffend Kapazität und Schwemm-holzverklausung beurteilt. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurden Sanie-rungsprojekte so erarbeitet und durchgeführt, dass die Unterstellung unter das StAG und die StAV aufgehoben werden kann. Somit kann mit wenig Aufwand die Sicherheit der teilweise denkmalgeschützten Stauanlagen z.B. «Unterer Weiher» im Neuthal garantiert werden und die Weiher können gleichzeitig als Naturschutz-gebiete erhalten bleiben. Abstract Due to the adaptation of the Water Retaining Facilities Act (WRFA) and of the Water Retaining Facilities Ordinance (WRFO), all small dams in Switzerland must be checked with regard to the high-risk potential due to a dam breach. A high-risk potential exists if the collapse of a water retaining structure could endanger human lives and/or result in extensive property damage. Based on this safety check, several dams that only have an ecological or local recreational character had to be subjected to the WRFA and WRFO, which requires increased demands on the dam stability, flood safety, and both maintenance and monitoring. Basler & Hofmann AG has assessed the flood wave propagation at several small dams in the canton of Zurich using 2D modeling, checked the dam stability and as-sessed the flood spillway in terms of capacity and driftwood blocking. Based on these investigations, renovation projects were projected and constructed, so that 57the dams are no longer subject to the WRFA and WRFO. This means that the safety of the partially listed facilities can be guaranteed with little effort and the ponds are preserved as nature reserves. 1 Einleitung Aufgrund der Anpassung des Stauanlagengesetzes (StAG) resp. der Stauanla-genverordnung (StAV) wurden im Kanton Zürich rund 350 Stauanlagen überprüft, ob von Ihnen eine besondere Gefährdung ausgeht. Eine besondere Gefährdung besteht, wenn bei Dammversagen Menschenleben gefährdet oder grössere Sachschäden verursacht werden können. Das Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft (AWEL) des Kantons Zürich hat ab 2008 sämtliche Weiheranlagen durch die Pöyry AG prüfen lassen (Pöyry, 2009 und 2015). Aufgrund der Überprüfung wurden auch mehrere Stauanlagen des Amts für Landschaft und Natur (ALN) dem StAG und der StAV unterstellt, unter anderen der Sülibachweiher in Bauma und der Brauiweiher in Weisslingen. Basler & Hofmann AG hat bei diesen Stauweihern die Flutwellenausbreitung und die Dammstabilität überprüft, sowie die Hochwasserentlastung (HWE) betreffend Kapazität und Schwemmholzverklausung beurteilt. Basierend auf diesen Er-kenntnissen wurden Sanierungsprojekte so erarbeitet und durchgeführt, dass die Stauweiher nicht mehr dem StAG und der StAV unterstellt werden müssen. Somit können die Naturschutzgebiete der beiden Weiheranlagen erhalten bleiben. 2 Vorgehen bei der Projektierung  Viele der Stauweiher gehören zu ehemaligen Wasserkraftanlagen, die oft zur Energieerzeugung in der Textilindustrie genutzt wurden. Die Anlagen sind oft sehr alt und ihr Zustand nur schlecht dokumentiert. Heute sind die Stauanlagen teilweise Naturschutzgebiete und bieten einen wertvollen Lebensraum für Flora und Fauna. In den letzten Jahrzehnten wurden verschiedene Anlagen punkt-weise saniert, um z.B. Leckstellen zu schliessen. Für die Beurteilung der heuti-gen Dammstabilität, die Abschätzung der Flutwelle, sowie die zukünftige Über-wachung, wurde ein systematisches Vorgehen gewählt: • Vermessung der Dämme und Echolotaufnahmen des Weiheruntergrunds zur Festlegung der Dammabmessungen und des effektiven Stauvolumens • Durchführung von Baugrunduntersuchungen (Kernbohrungen) zur Be-stimmung der Bodenkennwerte und Installation von Piezometern für die zukünftige Überwachung • Erbringen der Nachweise zu Dammstabilität, Erdbebensicherheit und Hochwassersicherheit 58• Flutwellenberechnung bei Dammbruch zur Ermittlung der besonderen Ge-fährdungBasierend auf diesen Untersuchungen wurden mittels Variantenstudium bewilli-gungsfähige Sanierungsprojekte erarbeitet, mit denen die Dammstabilität und Hochwassersicherheit gewährleistet wird, sowie die besondere Gefährdung ent-fällt. Ziel war es jeweils, die Stauziele der Weiher so wenig wie nötig zu verän-dern, um den Lebensraum bestmöglich zu erhalten. 3 Beispiele Sanierungsprojekte 3.1 Sülibachweiher Der Sülibachweiher (V ≈ 30'000 m3) in Bauma liegt in einem kleinen Seitental des Tösstals im Hauptschluss zum Sülibach. Vor rund 150 Jahren wurde im Süli-bachtobel ein Damm (H = 9 m) aufgeschüttet und der heutige Weiher für die Wassernutzung eingestaut. Der frühere Bestandteil der Wasserkraftanlage ist nun als Naturschutzgebiet von überkommunaler Bedeutung inventarisiert. Aus der Beurteilung der Dammstabilität resultierte, dass der Damm des Sülibachwei-hers, basierend auf den geologischen Untersuchungen, die Stabilitätsnachweise gemäss SIA und BFE nicht erfüllte. Der Damm musste daher saniert werden. Zur Abschätzung der Abflussintensitäten bei Dammbruch wurden das Bruchszenario und der Breschenabfluss anhand der vorhandenen Pläne überprüft und die Fliesswege an der Feldbegehung abgeschätzt. Der maximale Breschenabfluss wurde mit dem progressiven Breschenabflussmodell Breach_Macchione der ETH Zürich abgeschätzt (VAW, 2011). Mit diesen Angaben wurden die Abflus-sintensitäten im Ausbreitungsbereich der Flutwelle mittels einfachen Querprofil-betrachtungen unter Annahme von Normalabflussbedingungen berechnet und die besondere Gefährdung nachgewiesen. Bei der Sanierung wurde angestrebt, gleichzeitig die Unterstellung des Sülibachweihers unter das StAG und die StAV aufzuheben.  Basierend auf den Untersuchungen zur Flutwellenausbreitung und der Überprü-fung der Dammstabilität wurde ein Variantenstudium für die Sanierung des Süh-libachweihers erarbeitet. Insgesamt wurden fünf Varianten (Rückbau Anlage, Neubau Damm, Sanierung sowie zwei Reduktionen des Stauziels) betrachtet und nach verschiedenen Kriterien bewertet (Basler & Hofmann AG, 2018). Die Bestvariante sah vor den Damm um 3.0 m abzusenken und den Damm wasser-seitig mit 30 cm Lehm abzudichten. Die luftseitige Böschung war insbesondere im oberen Bereich sehr steil und wies infolge Setzungen verschiedene Mulden auf. Diese Unterschiede in der luftseitigen Böschungsneigung sollten im Zuge der Dammsanierung ausgeglichen werden. Bei der Absenkung der Dammhöhe 59wurde eine einheitliche Böschungsneigung von 45% hergestellt. Das neue Aus-laufbauwerk des Weihers wurde am Standort des alten Auslaufbauwerkes auf tieferem Niveau neu erstellt. Die Hochwasserentlastung (HWE) wurde ebenfalls um 3 m abgesenkt und am bestehenden Standort wieder gebaut (Abbildung 1 und 2).  Abb. 1: Neu geschüttet Luftseite des Damms  Abb. 2: Abgesenkte und breitere Dammkrone mit neuem Auslauf Infolge der Sanierungsmassnahmen reduzieren sich die Dammhöhe sowie das Stauvolumen. Der Breschenabfluss wird dadurch soweit reduziert, dass keine besondere Gefährdung infolge eines Dammbruchs mehr besteht und die Damm-60stabilität nach SIA kann gewährleistet werden. Die Unterstellung des Sülibach-weihers unter das StAG und die StAV konnte aufgehoben werden und gleichzei-tig konnte zumindest ein Teil des wertvollen Naturschutzgebietes erhalten blei-ben. Die Bauarbeiten wurden im Winter 2018/2019 durchgeführt. 3.2 Brauiweiher Der Brauiweiher liegt zwischen Weisslingen und Agasul. Der Brauiweiher (V = 110'000 m3) und das 1891 eingerichtete Wirtshaus Brauerei erinnern noch heute an die Kleinbrauerei Wagner, welche von 1884 bis 1903 an der Illnau-erstrasse von Weisslingen nach Agasul betrieben wurde. Der damals kleine Wei-her diente der Eisproduktion für die Brauerei. 1820 wurde der Brauiweiher mit Hilfe eines Dammes (H = 3 m) zusätzlich aufgestaut und vergrössert. Er diente der Firma Moos AG als Wasserreservoir. Der frühere Bestandteil der Wasser-kraftanlage ist nun als Naturschutzgebiet von überkommunaler Bedeutung inven-tarisiert zum Schutz des Lebensraums seltener und gefährdeter Tier- und Pflan-zenarten und –gemeinschaften.  Der Brauiweiher wurde aufgrund der Untersuchungen von Pöyry AG (2009) dem StAG und der StAV unterstellt, da bei einem Dammbruch eine besondere Ge-fährdung in Weisslingen gegeben ist. Zudem resultierte aus der Beurteilung der Dammstabilität, dass der Damm nicht genügend stabil ist. Die Hochwassersi-cherheit ist auch aufgrund der Verklausungsanfälligkeit des bestehenden Auslas-ses ungenügend. Der Damm des Brauiweihers muss deshalb saniert werden, so dass die notwendige Dammstabilität wieder gegeben und die Hochwassersicher-heit erfüllt ist. Bei der Sanierung wurde gleichzeitig angestrebt, dass die Unter-stellung des Brauiweihers unter das StAG und die StAV aufgehoben werden kann. Basierend auf den Untersuchungen zur Flutwellenausbreitung und der Überprü-fung der Dammstabilität wurde ein Variantenstudium für die Sanierung des Brau-iweihers erarbeitet (Neubau Damm, Sanierung Damm sowie Reduktionen Stau-ziel). Es wurden verschiedene Möglichkeiten zum Erreichen der Dammstabilität und zur Reduktion des Breschenabflusses betrachtet. Folgende Massnahmen wurden für das Sanierungsprojekt angedacht (Basler & Hofmann, 2019): • Ausgleich der Unregelmässigkeiten und Schaffung einer einheitlichenDammhöhe• Anschüttung der Böschung luftseitig auf 1:2.5 von ursprünglich ca. 1:2• Abdichtung des Damms mittels Verlängerung der teilweise bereits beste-henden Spundwand über die gesamte Dammkronenlänge61Mit diesen Massnahmen kann die Dammstabilität gewährleistet werden. Zur Si-cherstellung der Hochwassersicherheit, wurden folgende Massnahmen umge-setzt: • Abbruch des alten Auslaufbauwerks, welches gleichzeitig auch als HWEdiente, und Rückbau des Ablaufgerinnes.• Neubau des Weiherauslaufs in Dammmitte, als Niederwasserrinne in derneuen HWE integriert. Die Ableitung luftseitig besteht aus einem natürli-chen Gerinne, das mit Blocksteinen befestigt ist und 1.5 m breit ist.• Neubau HWE als 8 m breite und freie Überlaufsektion die garantiert, dassdie HWE nicht mehr infolge Schwemmholz verlegen kann. Die luftseitigeBöschung der HWE hat neu eine Neigung von 1:2.5 und wird mittels Ra-sengittersteinen (Creabeton) vor Erosion geschützt. Die Rasengittersteinewerden mittels Ankerbügel zusätzlich gesichert. Die Energiedissipation er-folgt in einem Tosbecken am Ende der Schussrinne, das ebenfalls 8 mbreit ist. Vom Tosbecken wird das Wasser in den Fürbach geleitet.Der Grundablass wird beibehalten bzw. luftseitig in das neue Tosbecken geführt. Die Sanierungsmassnahmen haben im November 2019 begonnen und wurden im März 2020 abgeschlossen (Abbildung 3). Abb. 3: Neu geschütteter Damm mit integriertem Auslauf und Hochwasserentlastung Nach der Umsetzung der Sanierungsmassnahmen ist die HWE nicht mehr ver-klausungsanfällig. Somit kann zur Berechnung der Flutwelle bei einem Damm-bruch die Oberkante der HWE neu als Referenzpunkt gewählt werden. Die mas-sgebende Dammhöhe zur Berechnung der Flutwelle beträgt dann noch 2.4 m. Die Flutwelle wurde mittels Basement 2D einem simuliert. Die Überflutungsbe-rechnung zeigt, dass entlang den Gebäuden im Siedlungsgebiet von Weisslingen keine besondere Gefährdung mehr besteht. Die Dorfstrasse in Weisslingen gilt 62als nicht stark befahren und wird aus diesem Grund bei der Flutwellenausbreitung als nicht relevant eingestuft. Somit kann mit der Sanierung des Brauiweihers die Gefährdung soweit reduziert werden, dass die Unterstellung des Brauiweihers unter das StAG und die StAV aufgehoben werden kann. 4 Schlussfolgerungen Aufgrund der Anpassung des StAG und der StAV wurden im Kanton Zürich rund 350 Stauanlagen überprüft. Basierend auf dieser Untersuchung werden verschie-dene Stauweiher aufgrund des Kriteriums der besonderen Gefährdung bei einem Dammbruch dem StAG und der StAV unterstellt. Die Unterstellung führt zu hohen Anforderungen an die Dammstabilität und Hochwassersicherheit, die bei vielen kleinen Stauanlagen nur mit unverhältnismässigem Aufwand erfüllt werden kön-nen. Viele der Weiheranlagen sind kommunale oder kantonale Naturschutzge-biete, welche stark unter baulichen Eingriffen oder notwendigen Anpassungen der Stauziele leiden. Mittels moderaten Sanierungsprojekten kann in vielen Fäl-len die Sicherheit der Stauanlagen garantiert und gleichzeitig die Unterstellung unter das StAG und die StAV vermieden oder aufgehoben werden. Somit können ökologisch wertvolle Weiheranlagen mit verhältnismässigem Aufwand weiterbe-stehen. Referenzen Basler & Hofmann (2018). Sanierung Sülibachweiher, Technischer Bericht.  Basler & Hofmann (2019). Sanierung Brauiweiher, Technischer Bericht. BFE (2014). Richtlinie über die Sicherheit der Stauanlagen, Teil B: Besonderes Gefährdungspo-tenzial als Unterstellungskriterium. Version 2.0 BFE (2017). Richtlinie über die Sicherheit von Stauanlagen. Teil C1: Planung und Bau, Version 2.1 BFE (2019). Richtlinie über die Sicherheit der Stauanlagen, Teil C3: Erdbebensicherheit, BFE, Version 2.0 Pöyry Schweiz AG (2009). Prüfbericht kleinere Stauanlagen im Kanton Zürich, Wasserrecht h0104, Brauiweiher, Weisslingen Pöyry Schweiz AG (2015). Prüfbericht Kleinere Stauanlagen im Kanton Zürich, Wasserrecht H0151, Sülibachweiher, Bauma. VAW (2011). Benutzeranleitung für BREACH_MACCHIONE. Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW). (erhältlich online: www.basement.ethz.ch). Project ge-sponsert vom AWEL, Kanton Zürich, Schweiz. 63Adressen der AutorInnen Lukas Schmocker (korrespondierender Autor) Hans Müller Basler & Hofmann AG CH-8133 Esslingen, Bachweg 1 lukas.schmocker@baslerhofmann.ch Isabelle Frei Marti AS NOR-0278 Oslo, Karenslyst Allé 8b Jacqueline Stalder Amt für Landschaft und Natur, Fachstelle Naturschutz CH-8090 Zürich, Stampfenbachstrasse 12 Brigitta Gander Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft, Aufsicht Stauanlagensicherheit Kt. ZH CH-8090 Zürich, Walcheplatz 2 64

Sanierung Stauanlagen im Zürcher Oberland

http://henry.baw.de/bitstream/20.500.11970/108454/1/Schmocker_et_al_Sanierung_Stauanlagen.pdf

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