Schleiss, Anton

Infoscience - École polytechnique fédérale de Lausanne

8  | FO R S C H U N G AQUA & GAS N o 6  | 2017A N TO N S C H L E I S S:  «M I T  M Ö G L I C H ST W E N I G E N E RG I E V E R LU ST M Ö G L I C H ST V I E L E A RT E N E R H A LT E N»Seit 2015 wird im Rahmen von zwei Nationalen Forschungsprogrammen (NFP) Forschung für die Energiewende betrieben. Das NFP 70 «Energiewende» befasst sich mit den naturwissenschaftlich-technischen Aspekten, während das NFP 71 «Steuerung des Energieverbrauchs» die sozialen, ökonomischen und regulatorischen Seiten der Energiewende untersucht. Aqua & Gas stellt in loser Abfolge ausgewählte Projekte der beiden Programme vor. In diesem Interview gibt Anton Schleiss vom Laboratoire de constructions hydrauliques der EPF Lausanne Auskunft über das NFP-70-Pro-jekt «Nachhaltiges Auenmanagement und Wasserkraft». Bei Ihrem Projekt geht es, etwas salopp formuliert, darum, die Interessen der Wasserkraft mit denen des Auenschut-zes zu versöhnen. Welches sind dabei die Rahmenbedingungen? Die Restwassermengen unterhalb von Kraftwerkspeichern sind gesetzlich vor-geschrieben und bilden einen sinnvollen Kompromiss zwischen Schutz und Nut-zung. Weiter wird eine Sanierung der regelmässigen sowie unnatürlichen Ab-fluss- und Pegelschwankungen, besser bekannt als Schwall und Sunk, unterhalb der Kraftwerkszentrale und eine Sanie-rung des Geschiebehaushaltes verlangt. Eine Geschiebesanierung kann man erreichen, indem man mit künstlichen Hochwassern vorhandenes oder beige-fügtes Material als Geschiebe mobilisiert. Der künstliche Eingriff ist dann ange-zeigt, wenn die Stauseen jährlich wieder-kehrende natürliche Hochwasser verhin-dern, was doch auf einige Gewässer der Schweiz zutrifft. In Auengebieten kommt dazu, dass das Hochwasser benötigt wird, um den Bewuchs zu mobilisieren und zu verhindern, dass Wald anstelle der Aue entsteht, sowie um die typische Flora und Fauna zu fördern. Gewisse Arten wie bei-spielsweise die Deutsche Tamariske oder der Kiesbank-Grashüpfer benötigen für ihr Überleben alle paar Jahre ein Hoch-wasser. Künstliche Hochwasser scheinen ein wichtiges Instrument zur Erhaltung von Auen zu sein. Doch welches Interesse haben Kraftwerkbetreiber daran? Bei Hochwasserperioden müssten eigent-lich die Kraftwerke regelmässig ihre Spei-cher spülen, um der Verlandung entgegen zu wirken, welche die nachhaltige Nut-zung des Stausees gefährdet. Diese Spü-lungen kann man nutzen, um künstliche Hochwasser zu erzeugen. Es entsteht eine Win-Win-Situation, indem das Gewässer unterhalb des Speichers vom zusätzliche Sediment profitiert und gleichzeitig der Speicher davon entlastet wird. Ein Ziel Ihres Projektes ist es, Indikato-ren zu entwickeln, um einer Erhöhung von Restwasserabflüssen beziehungs-weise von künstlichen Hochwassern oder die Geschiebereaktivierung zu be-urteilen. Wie nahe sind Sie dem Ziel?In Bezug auf die Morphologie des Flus-ses haben wir bereits früher einen Index erarbeitet, den hydromorphologischen Index für Diversität, kurz HMID. In ihn fliessen die Morphologie und die Fliessge-schwindigkeiten des Wassers innerhalb eines Gewässers ein. Die Annahme ist, dass umso mehr verschiedene Habitate vorhanden sind, je variabler beispielswei-se die Wassertiefen und -geschwindigkei-ten sind. Der Index hat sich als ein relativ einfaches, aber taugliches Mittel erwie-sen, um zu beurteilen, wie naturnah ein Gewässer ist und welchen ökologischen Erfolg ein Projekt haben kann. An der Saane möchten wir noch detail-lierter überprüfen, ob der Index nicht nur mit der Habitatsdiversität, sondern direkt auch mit der Biodiversität korreliert. Da-für arbeiten wir hier mit Forschern der Zürcher Fachhochschule für angewandte Wissenschaften (ZHAW) und dem Was-serforschungsinstitut Eawag zusammen. Wir möchten auch herausfinden, wie sich Restwassermengen, künstliche Hochwas-ser aber auch der durch die Turbinierung erzeugte Schwall und Sunk auswirken. Als natürliches Refernzgewässer verwen-den wir die bereits untersuchte Sense im Gebiet von Plaffeien. Auen sind Biodiversitäts-Hotspots. Doch stimmt die Annahme, dass generell der artenreichere Fluss der bessere Fluss ist? Wir sind uns bewusst, dass der Indikator bei einer Restwasserstrecke höher ausfal-len kann, wenn diese mehr verzweigte Systeme aufweist, als das bei Normalab-fluss mit starker natürlicher Strömung der Fall wäre. Darum ist es wichtig, ei-nen Referenzzustand zu definieren. Die Biodiversität ist aber vielfach ein aussage-kräftiger Wert, wobei wir nicht nur aqua-tische, sondern auch terrestrische Arten bei den Gewässern erfassen. An der Saane erhielten Sie letzten Herbst die Möglichkeit, ein künstliches Hochwasser direkt zu analysieren. Wie gingen Sie vor? Da die Saane unterhalb der Staumauer Rossens ein Gewässer ohne Geschie-beeintrag ist, wollten wir die Situation nutzen, um die Geschiebemobilisierung von künstlichen Depots mit künstlichem Hochwasser zu untersuchen. Zuerst ha-ben wir im Labor Versuche gemacht, wie die Depots am besten anzuordnen sind. Es zeigte sich, dass wir mit einer alternierenden Anordnung der Depots am Ufer dem Fluss eine Art Pendelbewe-gung aufzwingen können, die sich auch nach unten fortpflanzt. Das künstliche Hochwasser an der Saane bestätigte die Modellversuche, obwohl das Hoch-wasser kleiner ausfiel als geplant und A N TO N S C H L E I S S:  «M I T  M Ö G L I C H ST W E N I G E N E RG I E V E R LU ST M Ö G L I C H ST V I E L E A RT E N E R H A LT E N»AQUA & GAS N o 6  | 2017 R E C H E RC H E  | 9 NACHHALTIGES AUENMANAGEMENT UND WASSERKRAFTDie Wasserkraft ist ein wichtiger Baustein der Energiestrategie der Zukunft. Sie muss aber nachhaltig entwickelt werden. Die Um-setzung einer angepassten Abflussregulie-rung sowie die Renaturierung von Flüssen und Überflutungsgebieten werden immer zwingender und sogar zu einer Verpflich-tung. Es sind nur wenige Methoden und grundlegende Indikatoren verfügbar, welche es erlauben, eine Erhöhung von Restwasser-abflüssen oder die Geschiebereaktivierung vorauszusehen und abzuschätzen.PROJEKTZIELEInnerhalb des Projektes «Nachhaltiges Auen-management und Wasserkraft», an dem die EFPL, die ZHAW, die Eawag und die Univer-sität Zürich beteiligt sind, sollen Methoden und Indikatoren für die Vorhersage, Quan-tifizierung und Überwachung der Folgen von angepassten Abflussregulierungen und anderen Renaturierungsmassnahmen ent-wickelt und validiert werden. Insbesondere geht es um das Management von Auenland-schaften, welche Biodiversitätszentren von ausserordentlich hohem Wert sind. Mittels umfassender Modellierung und Ge-ländeaufnahmen mit Fernerkundung sollen Indikatoren entwickelt und getestet werden, die es erlauben, Strukturen und Funkti-onen in Systemen von Überflutungs- und Feuchtgebieten miteinander zu verknüpfen. Diese Methoden werden zur Festlegung und Quantifizierung von angepassten Abfluss-regulierungen mit Blick auf eine Kosten-Nutzen-Analyse für die betroffenen sozio-ökonomischen und ökologischen Interessen beitragen. Sie dienen als Entscheidungshilfe für Schutzmassnahmen, Raumplanung und die Verlängerung von Konzessionen und spielen bei der Festlegung und Bewertung von Ausgleichsflächen eine Rolle. Weitere Informationen zum Projekt www.nfp70.ch/de/projekte/stromversorgung/projekt-schleissdie Depots leider nicht ganz abgetragen wurden. Die ZHAW setzte Drohnen und Ultraschall ein, um die hydromorpholo-gischen Veränderungen zu erfassen, und zusammen mit der Eawag erfassten wir die stromabwärts gerichtete Verlagerung der Makroinvertebraten-Fauna sowie der mikrobiellen Gemeinschaften.Welche Einschränkungen ergaben sich aus dieser Situation?Der Endzustand an der Saane entsprach nur dem Übergangszustand wie im Labor beobachtet. Wir haben aber sehr wert-volle Erkenntnisse gewonnen über das Transportverhalten der etwa 500 Steine, die wir mit Chips versehen hatten. Hin-gegen konnten wir die Geschwindigkeit des Geschiebes nicht wie gewünscht be-stimmen, da die Steine nur eine der zwei installierten Antenne passierten. Mit der Drohne konnten die Veränderun-gen und Verlagerung von Kiesbänken bestimmt werden. Die Flächen- und Volu-menveränderungen können aber nur für Kiesablagerungen oberhalb des Wasser-spiegels quantifiziert werden, was einen Fehler für die Bestimmung des Gesamt-budgets mit sich bringt.Wie repräsentativ ist die Saane für Vor-alpenflüsse?Grosse Flüsse wie Rhein und Aare sind flacher. Doch die Saane ist repräsentativ für Flüsse mit Schwallstrecken. Und das sind die Flüsse, die beim Auenmanage-ment im Fokus stehen. Wie viel Erfahrung hat man generell mit künstlichen Hochwassern? Beim Spöl im Unterengadin hat man rela-tiv viel Erfahrungen gesammelt. Da führ-te man früh ein dynamisches Restwasser-system ein. Die Situation ist aber insofern speziell, da beim Spöl die künstlichen Hochwasser noch nicht genutzt wurden, um gleichzeitig einen Trübestrom aus dem Stausee abzuleiten. Grundsätzlich sind die Erfahrungen in der Schweiz eher klein, aber auch international fehlen sys-tematische Erhebungen. Mit unserer Fall-studie hoffen wir, die Wissenslücke etwas zu schliessen. Teil des Projekts sind auch Kosten-Nut-zen-Analysen. Bei der Wasserkraft ist die Monetarisierung durch die höhere oder geringere Stromproduktion plau-sibel machbar. Doch wie beziffert man den Wert einer Auenlandschaft? Der Wert von einer intakten Auenland-schaft lässt sich nicht einfach beziffern. Ein Ansatz ist, dass man die Kostenfunk-tion des Wasserwerkes der Biodiversität gegenüberstellt. Dann kann man eine sogenannte Paretokurve bilden, in der man die Optima bestimmt. Im Prinzip geht es darum, möglichst viel zu erhal-ten mit möglichst wenig Energieverlust. Wenn man das noch kombinieren kann mit Spülungen, die sowieso notwendig sind, dann könnte man eine ökonomisch gute Lösung erreichen. Vorläufig noch ein Hindernis bildet jedoch der Umstand, dass es heute sehr schwierig ist, eine per-manente Bewilligung für Spülungen zu erhalten, die es dem Kraftwerkbetreiber erlaubt, den Zeitpunkt entsprechend der Hochwassersituation selbst zu wählen. Mit den von Ihnen entwickelten Hilfs-mitteln sollte ein adaptives Wasser-flussmanagement möglich sein. Zum Schluss: Was bedeutet in diesem Kon-text adaptiv? Mit den entwickelten Tools erhält man Richtwerte, wie viel Wasser man ablas-sen und wie viel Geschiebe man beigeben sollte. Doch nach einer Intervention gilt es, das Management der Einzelsituation anpassen, also zu adaptieren. Ohne Mo-nitoring geht das nicht. Darum haben wir in unserem Projekt dafür viel Aufwand betrieben. Unsere Arbeit könnte aber dazu führen, dass es in Zukunft für ein erfolgreiches Auenmanagement genügen wird, sich auf deutlich weniger Parameter zu konzentrieren. 

Mit möglichst wenig Energieverlust möghlichst viele Arten erhalten

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Mit möglichst wenig Energieverlust möghlichst viele Arten erhalten

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