3.4 Hydrologische Ereignisse
3.4.1 Einführung .1 Ausgangslage
3.4.2.3 Abschätzung HQ 10'000
Das Ereignis mit 10'000-jährlicher Wiederkehrperiode (HQ10'000) ist ein extrem seltenes Ereignis, das methodisch schwierig zu bestimmen ist. Es wurden drei verschiedene Ansätze angewandt, um das HQ10'000 abzuschätzen.
Eine erste Abschätzung bestand darin, die deterministisch bestimmten EHW-Abflüsse mit dem Faktor 1.2 (Faustregel) zu multiplizieren. Dabei wird von den drei EHW-Szenarien das Szenario mit dem höchsten Aareabfluss (Szenario B) gewählt, da dieses zu den höchsten Pegelständen am EKKM führt (siehe Tabelle 3.4-3). Als Abflüsse resultieren damit für die Saane 1'261 m3/s und für die Aare 980 m3/s.
Bei einem Vergleich mit anderen Verfahren zur Bestimmung des HQ10'000 ist zu sehen, dass diese Abschätzung für die Aare gut ist. Für die Aare ergibt sich z.B. mit Hilfe des Verfahrens einer sicherheitstechnischen Regel des Kerntechnischen Ausschusses, KTA 2207 [9], ein HQ10'000 von 997 m3/s.
Auch die üblicherweise angewandte Regel zur Bestimmung des HQ10'000 aus der BWG-Richtlinie zur Sicherheit der Stauanlagen [10] (HQ10'000=HQ1'000*1.5) ergibt einen Wert von 975 m3/s am Wehr Mühleberg.
Bei einem Vergleich der ermittelten Abflüsse ist zu sehen, dass die meisten EHW-Szenarien zwischen den HQ1'000-Szenarien und dem HQ10'000 liegen.
Um zu zeigen, dass auch jenseits vom HQ10'000 liegende Hochwasserereignisse keine wesentlichen Auswirkungen auf den Standort des EKKM haben, wurde zudem ein noch grösseres und
entsprechend selteneres, möglicherweise real nicht auftretendes Ereignis konstruiert. Basierend auf einer Untersuchung zu Flächen-Mengen-Dauer-Beziehungen von Starkniederschlägen in der Schweiz (siehe [106]) wurde als Test für das Modell in der EHW-Studie als PMP (Probable
Maximum Precipitation) für das Aareeinzugsgebiet ein 2-tägiges Niederschlagsereignis mit einem ganzflächigem Blockniederschlag von 250 mm angenommen. Dieses wurde ermittelt, indem sowohl eine möglichst maximale Hebung als auch ein maximaler Wasserdampfgehalt
angenommen wurde. Aus dem hydrologischen Modell resultiert für die Aare ein Scheitelwert von 1'166 m3/s und für die Saane von 2'110 m3/s. Der Hochwasserscheitel der Saane läuft der Aare um 18 h voraus, so dass das Maximum der Aare unterhalb der Saanemündung 2'953 m3/s beträgt.
Dieses Szenario ist das PMF (Probable Maximum Flood) für den Standort.
3.4.2.4 Pegel
Um aus den Abflüssen der Szenarien einen Wasserpegel am Standort zu bestimmen, muss mit hydraulischen Modellen gearbeitet werden. Für die Szenarien der EHW-Studie und die Szenarien des HQ1'000 wurde dafür das eindimensionale Modell WAPROF, das an der ETH-Z entwickelt wurde, verwendet. Dieses berechnet die Wasserspiegellagen ausgehend von der Staukote am Wehr Niederried. Die Rauheitsbeiwerte orientieren sich an früheren Studien (vgl. Kap. 5.1 aus [8]), in denen die Wasserspiegellagen der Aare zu verschiedenen Abflüssen eingemessen wurden. Mit ihnen konnte der Pegel am KKM abhängig von der Sohlenlage (2004/2006) auf 3-7 cm genau abgebildet werden.
In Tabelle 3.4-3 sind die Pegel der EHW-Szenarien am KKM (Gewiss.-km 155.17) und am EKKM (Gewiss.-km 155.47) [11] gezeigt.
Tabelle 3.4-3: Pegel der EHW-Szenarien
Szenario Pegel KKM (m ü.M.) Pegel EKKM (m ü.M.)
A 465.70 465.73
B 465.86 465.92
C 465.29 465.30
Die Unterschiede zwischen den beiden Standorten sind mit 1-12 cm gering. Daher können für die HQ1'000-Szenarien die Ergebnisse der 2006 für das KKM erfolgten hydraulischen Berechnungen [8]
für das EKKM übernommen werden. Das massgebliche Szenario (Nr. 2) des HQ1'000 erreicht am KKM mit den Annahmen von [8] einen Pegelstand von 465.84 m.
Es kann gezeigt werden, dass die Ergebnisse von [8] für das HQ1'000 eher dem 95%-Perzentil der Unsicherheitsverteilung im Wasserpegel entsprechen, da zu konservative Annahmen u.a. zur Ausfallfrequenz der Wehrschützen in Niederried und zur Sedimentbewegungen gemacht wurden.
In Tabelle 3.4-4 entsprechen daher die Zahlen der ursprünglichen Studie dem 95%-Perzentil, des Weiteren werden das neu berechnete mittlere Niveau sowie das 10%-Perzentil für verschiedene Hochwasserwiederkehrperioden angegeben.
Tabelle 3.4-4: Wasserpegel am KKM (EKKM) bei verschiedenen Jährlichkeiten
Wiederkehr-periode Wasserpegel (m ü.M.)
10%-Perzentil Mittelwert 95%-Perzentil
1'000 464.42 465.04 465.84
300 464.20 464.65 465.25
100 464.14 464.42 464.79
30 463.75 463.98 464.27
Aufgrund dieser Zahlen kann eine Kurve zur Hochwassergefährdung (Abbildung 3.4-2) entwickelt werden, die wie folgt aussieht:
Abbildung 3.4-2: Hochwassergefährdungskurve für das KKM (EKKM)
Somit ergibt sich am Standort KKM (EKKM) für ein Abflussereignis mit der Häufigkeit einmal in 1'000 Jahren ein Mittelwert von 465.0 m ü.M. für den Wasserpegel, bzw. ein konservativer 95%-Perzentilwert von 465.8 m ü.M.
Für das HQ10'000 kann durch Extrapolation der Gefährdungskurve ein Mittelwert von 465.7 m ü.M.
beziehungsweise ein 95%-Perzentilwert von 466.9 m ü.M. am Standort KKM (EKKM) erhalten werden. Dies basiert immer noch auf eindimensionalen Modellen, die bei hohen Abflüssen möglicherweise an ihre Grenzen stossen. Dennoch kann der Mittelwert von 465.7 m ü.M. als weiterer Anhaltspunkt (gegenüber den Werten in Kap. 3.4.2.3) für ein 10'000-jährliches Ereignis gewertet werden. Im eindimensionalen Modell führt die Beschränkung des Flussschlauches mit hypothetisch eingefügten senkrechten Wänden zu einer potentiellen Überschätzung der
Pegelstände, u.a. weil ausserhalb des Flussbettes liegende Gebiete nicht berücksichtigt werden.
Für das HQ10'000 wurde daher eine realitätsnähere zweidimensionale hydraulische Berechnung mit dem Rechenprogramm BASEMENT1 durchgeführt, in der das Aare- und das Saanetal in einem Terrainmodell abgebildet sind2
Abbildung 3.4-3
. Die Ergebnisse der Rechnung zeigen, dass weite Teile des Aaretales überflutet werden. Insbesondere werden die Dämme bei Oltigen und bei Niederried überspült. Die Maximalkoten der Aare im Bereich des Standortes des EKKM (siehe
) liegen bei 465.95-466.3 m ü.M. an den Gewiss.-km 155.4-156.2.
Überflutungsbereiche finden sich nur flussaufwärts im Bereich der heutigen Schaltanlage
Mühleberg Ost und flussabwärts auf dem Gelände des KKM. In den Ausuferungen im linksufrigen
1
2 Für eine Kurzbeschreibung des Vorgehens siehe Kapitel 3.4.3.3.
Bereich werden, ausser im nahen Uferbereich, keine Fliessgeschwindigkeiten über 1 m/s erreicht, die maximalen Intensitäten liegen unter 1 m2/s.
Abbildung 3.4-3: Flutkoten der Aare für das HQ10'000
Der Pegel am Standort des KKM für das HQ10'000 von ca. 465.9 m ü.M. stimmt mit den o.g.
Extrapolationswerten (Abbildung 3.4-2) überein. Die Wasserspiegel steigen gegenüber der eindimensionalen Rechnung des häufigeren HQ1'000 wenig an, da zusätzliche Talquerschnitte durchströmt werden und der Niederrieddamm überströmt wird, sodass die Staukote des Niederriedsees nicht weiter steigen kann.
Mit dem zweidimensionalen Modell wurde ebenfalls das PMF gerechnet. Die resultierenden Flutkoten am Standort liegen bei 466.3 bis 466.7 m ü.M. und steigen damit trotz über 30-prozentiger Erhöhung des Aaregesamtabflusses nur um weitere 40 cm. Selbst extremste Hochwasserereignisse führen daher nicht mehr zu einem wesentlichen Anstieg der
Hochwasserkote. Auch bei noch höheren Abflüssen wäre keine deutliche Verschärfung der Gefährdung zu erwarten: Diese tritt erst bei Staumauerbrüchen auf.