Von den EXAR-Modell-Rechnungen zur konkreten Hochwassergefährdung für Stauanlagen

Wie gross können die Hochwasserabflüsse an den Standorten der 19 Stauanlagen im Einzugsgebiet der Aare sein? Können solch grosse Wassermengen überhaupt noch im Flussbett abfliessen oder umfliesst das Wasser die Stauanlagen? Zwei Folgestudien, die im Auftrag des Bundesamts für Energie erstellt wurden, liefern Antworten. Sie präzisieren die Erkenntnisse aus der EXAR-Studie («Extremhochwasser an der Aare»), die im Februar publiziert wurde.

Die Grundlagenstudie «Extremhochwasser an der Aare» (EXAR) liefert einen umfassenden Datensatz zur Abschätzung der Hochwassergefährdung im Einzugsgebiet der Aare. Das Einzugsgebiet umfasst fast einen Drittel der ganzen Schweiz. Auch Zubringerflüsse wie die Saane und die Orbe im Westen oder die Limmat und die Reuss im Osten gehören dazu. Für dieses Einzugsgebiet wurde berechnet, wie viel Wasser bei einem Hochwasser zusammenkommt, wie es sich nur alle 100, 1000, 10’000 oder gar nur alle 100’000 Jahre ereignet.

Allerdings: Anhand der Daten aus der EXAR-Studie lässt sich die Sicherheit der Stauanlagen im Einzugsgebiet nicht direkt beurteilen. Dafür musste dieser umfangreiche Datensatz für die Standorte der 19 Stauanlagen ausgewertet werden. Folgende zwei Fragen werden mit den beiden Folgestudien beantwortet.

1. Welche Dimension hat ein ausserordentliches oder extremes Hochwasser bei der jeweiligen Stauanlage?
2. Bleibt alles Wasser im Flussbett oder fliesst ein Teil neben der Stauanlage vorbei?

Es wurde ein mathematisches Verfahren entwickelt, um aus dem EXAR-Datensatz, welcher Hunderte von extremen Hochwassern enthält, für jede der 19 Stauanlage einige wenige repräsentative Hochwasserereignisse auszuwählen. Mit Hilfe dieser ausgewählten Hochwasser lässt sich die Sicherheit der Stauanlagen verlässlich beurteilen. Anstelle von Hunderten von verschiedenen Hochwassern muss so das Verhalten der Anlagen nur für einige wenige Hochwasser untersucht werden.

Zudem wurde mit Hilfe von hydraulischen Simulationen berechnet, welchen Weg sich das Wasser bei diesen Ereignissen sucht. Die Simulationen zeigen, dass bei den Stauanlagen Niederied, Aarberg, Flumenthal, Rupperswil-Auenstein und Klingnau ein Teil des Wassers bei einem extrem seltenen Hochwasser bereits weiter oben das Flussbett verlässt und deshalb nicht durch das Wehr abfliesst. Bei den übrigen Anlagen, ist davon auszugehen, dass auch bei einem Extremereignis alles Wasser der Stauanlage zufliesst.

Diese Erkenntnisse sind relevant für den Sicherheitsnachweis, den jeder Anlagenbetreiber erbringen muss. Von Bedeutung ist die Wassermenge, die tatsächlich bei der Stauanlage eintrifft. Mit dem Nachweis der Hochwassersicherheit belegen die Betreiber, dass ihre Anlagen auch bei Hochwasserereignissen sicher sind und diesen standhalten.

Was die Betreiber genau nachweisen müssen:

• Bei einem ausserordentlichen Hochwasser (in der Fachsprache als Bemessungshochwasser bezeichnet): Das Wasser kann geordnet abgeführt werden, selbst wenn die grösste Entlastungsöffnung (wie beispielweise ein ganzes Wehrfeld) ausser Betrieb oder blockiert ist. Die Anlage erleidet keine Schäden und wird auch nicht überströmt.
• Bei einem extremen Hochwasser (in der Fachsprache als Sicherheitshochwasser bezeichnet): Die Anlage kann gewisse Schäden erleiden. Die Anlage darf jedoch nicht brechen.

Die Ergebnisse der beiden Folgestudien werden nun mit den bis anhin für den Nachweis der Hochwassersicherheit verwendeten Grundlagen verglichen. Ist die Gefährdung bei einzelnen Anlagen höher als aktuell angenommen, so müssen die Betreiber die entsprechenden Nachweise überarbeiten. Falls die Sicherheitsanforderungen bei einzelnen Anlagen nicht erfüllt würden, wären allenfalls gar bauliche Massnahmen notwendig. Das BFE als Aufsichtsbehörde stellt sicher, dass die Stauanlagen in der Schweiz die Sicherheitsanforderungen nach aktuellem Stand von Wissenschaft und Technik erfüllen.

Die beiden Studien finden Sie hier:

Gerinnekapazität im Bereich der Wehre unter Bundesaufsicht an Aare, Reuss und Limmat bei extremen Hochwasserabflüssen

Hochwasserereignisse aus kontinuierlicher Langzeitsimulation zur Überprüfung der Sicherheit der Stauanlagen

Markus Schwager, Programmleiter Forschungsprogramm Stauanlagen-Sicherheit und Brigitte Mader, Kommunikation, Bundesamt für Energie