5.1 Vorhaben Energiestrategie Bundesrat und Parlament haben 2011 den schrittweisen Ausstieg aus der Kernkraft beschlossen, das heisst, die bestehenden Kernkraftwerke sollen nach Ablauf der Betriebszeit stillgelegt werden. Dies wird zwischen 2019 und 2034 der Fall sein. Die Kernkraft macht derzeit gut 40 Prozent der inländi-schen Stromproduktion aus (24 TWh/a;
pektive Verluste für das Kraftwerkun-ternehmen betrieben werden.
Schon nach kurzer Laufzeit der Hochwasserversuche konnte beobach-tet werden, dass sich der Spöl wieder hin zu einem unregulierten Gebirgs-fluss entwickelt. Die Abpflästerung der Flusssohle wurde aufgerissen, Feinsedi-mente wurden ausgewaschen. Dadurch erhöhte sich die Durchlässigkeit der Sohle. Durch die wiedereingesetzte Bewegung des Sohlenmaterials wurden die aquatischen Moose und der Algen-bewuchs bereits innerhalb der ersten beiden Versuchsjahre auf ein lebens-raumtypisches Ausmass reduziert. Das Vorkommen des störungsempfindli-chen Bachflohkrebses nahm ab. Dage-gen wurden störungsresistente Arten häufiger, so zum Beispiel die kleinge-wachsenen, mobilen Eintagsfliegen der Gattung Baetis. Die stärkere Vertre-tung kleinerer Organismen, aber auch die generell tiefere Dichte an Individu-en widerspiegelt sich in einer geringe-ren Biomasse an Invertebraten.
Die Erfahrungen am Spöl zeigen, dass künstliche Hochwasser die Natur-nähe von Restwasserstrecken deutlich flussabwärts den durchschnittlichen
jährlichen Abfluss des Spöls von 8,6 auf 1 m3/sec reduzierte (Döring und Robinson 2012). Die typische Gebirgs-bachdynamik wich damit einem nahezu konstanten Restwasserregime, mit den bereits in Kapitel 3 beschriebenen Aus-wirkungen auf Prozesse, Lebensräu-me und OrganisLebensräu-men (Robinson 2012).
Um die ökologische Situation im Spöl unterhalb der Talsperre zu verbessern, wurden entsprechend Möglichkeiten gesucht, das Restwasserregime dyna-mischer zu gestalten, das heisst es an die natürliche Abflussganglinie anzu-nähern. Dank gutem Einvernehmen zwischen Parkforschung, Kraftwerkun-ternehmen und kantonaler Verwaltung werden seit dem Jahr 2000 jährlich ein bis drei künstliche Hochwasser erzeugt (Abb. 6). Die Abflussspitzen sind ver-gleichbar mit jenen von natürlichen Hochwassern, wobei die künstlichen Hochwasser generell von kürzerer Dauer sind (6 – 8 Std.). Das benötigte Wasser wird durch eine Verringerung der sommerlichen Restwassermenge zur Verfügung gestellt. Damit kann das Projekt ohne zusätzliche Kosten
res-Abb. 6. Oben: Bis zur Inbetriebnahme der Talsperre Punt dal Gall im Jahre 1970 zeigte der Spöl das typische Abflussregime eines Gebirgsbachs (links). Mit der Regulie-rung wurde die Restwassermenge auf etwa 2 m3/sec reduziert. Seit dem Jahr 2000 wird mit künstlichen Hochwassern ein naturnä-heres Regime gefördert (aus Döring und Robinson 2012).
Unten: Der Spöl bei Niedrigwasser (links) und während eines grossen künstlichen Hochwassers im Juli 2000 (rechts). Photos:
Chris Robinson, Eawag.
nahen Abschnitten 59 respektive 56 Prozent, bei den grösseren Gewässern (Flussordnungszahl ≥ 3) hingegen nur 35 Prozent (Zeh Weissman et al. 2009).
Schutzkonzepte, die den spezifischen Eigenschaften von Fliessgewässern Rechnung tragen und zum Beispiel den Schutz von grossräumig wirksa-men Umweltprozessen anstreben, gibt es weltweit bisher wenige (Abell et al.
2007). Ein integrales Management auf Einzugsgebietsebene ist dazu sicher ein wichtiger erster Schritt (Bundesamt für Umwelt 2012).
6 Ausblick
6.1 Herausforderungen und Chancen
In den kommenden Jahrzehnten wer-den an Schweizer Fliessgewässern zahl-reiche Projekte geplant und umgesetzt werden, sei es im Rahmen des Voll-zugs der revidierten Gewässerschutz-gesetzgebung, sei es bei der Umsetzung der Energiestrategie. Ob Flussbauerin, Spaziergänger oder Vogelschützerin – allen Beteiligten bieten sich dabei gros-se Chancen. Auf Projektebene und vor allem auch durch den Vergleich von Projekten können wir unser Verständ-nis über die Fliessgewässer und ihre Funktionsweise verbessern («Lern-prozess») und damit zu einem nach-haltigen, effektiven Management bei-tragen, das unterschiedlichen Interes-sen gerecht wird. Dazu gehört, dass wir offene Fragen identifizieren und mass-geschneiderte Ansätze zu ihrer Beant-wortung entwickeln. Der interdiszipli-nären Zusammenarbeit, beispielswei-se zwischen Fachleuten aus Ökologie, Wasserbau und Sozialwissenschaften, kommt dabei eine wesentliche Bedeu-tung zu. Auch der Austausch zwischen Behörden, Privatwirtschaft, Forschung oder NGOs ist zentral.
6.2 Forschungsprojekte der Eawag Die Eawag, das Wasserforschungs-Insti tut des ETH-Bereichs beteiligt sich am Lernprozess mit verschiedenen Forschungsprojekten und -zusammen-arbeiten. Nachfolgend führen wir ein-möglich, nicht aber auf saisonaler Basis
(Wüest et al. 2012).
Es ist davon auszugehen, dass die ver-änderten Betriebsbedingungen dazu führen, dass die Menge des turbinierten Wassers zukünftig in viel unregelmässi-geren, stochastischen Mustern anfällt.
In anderen Worten: Das Schwall-Sunk-Regime verändert sich deutlich. Dies gilt es in der Planung von Massnahmen zur Sanierung der ökologischen Aus-wirkungen von Schwall-Sunk zu beach-ten. Beim Betrieb von Pumpspeicher-werken lässt sich der Schwall-Sunk auf den dazwischenliegenden Flussstre-cken vermindern; sind aber natürliche Seen als Ausgleichsbecken involviert, so können sie wesentlichen ökologi-schen Auswirkungen ausgesetzt sein (Bonalumi et al. 2012).
5.3 Ausbau Kleinwasserkraft
Die Energiestrategie sieht vor, einen beträchtlichen Teil des Wasserkraftaus-baus über die Förderung von Klein-kraftwerken zu erreichen (1 – 2 TWh/a).
Angesichts der beschränkten Produk-tionserwartung eines einzelnen Klein-kraftwerks wird dazu eine grosse Zahl an kleinen Anlagen nötig. Der ökolo-gische Eingriff wird sich damit auf eine Vielzahl von Fliessgewässerabschnit-ten verteilen. Neben der Auswirkung der einzelnen Anlage auf das flussauf- und flussabwärts liegende Flusssys-tem ist entsprechend auch der kumu-lative Einfluss zu berücksichtigen, also das Zusammenspiel von mehre-ren Anlagen im Fliessgewässernetz-werk. Solche kumulativen Einflüsse von kleinen Anlagen auf die Fliessge-wässerorganismen, -lebensräume und Umweltprozesse sind bisher wenig untersucht. Zudem gilt es die Lage der Kraftwerke zu beachten. Kleinkraft-werke werden naturgemäss in kleinen bis mittleren Fliessgewässern realisiert.
In einem vielfältig und stark genutzten Land wie der Schweiz sind es jedoch oft gerade die kleineren Gewässer, die sich noch in einem naturnäheren öko-logischen Zustand befinden. Diese Tat-sache lässt sich beispielsweise anhand der Erhebungen zur Naturnähe der Flussstruktur illustrieren (Modul
«Ökomorphologie» des Modul-Stufen-Konzepts): Für die kleinen und mittle-ren Bäche beträgt der Anteil an natur-Wüest et al. 2012). In der
Energiestra-tegie 2050 hat der Bundesrat Mass-nahmen definiert, wie Versorgungs-engpässe geschlossen und dem wach-senden Energieverbrauch sowie den veränderten Bedingungen im Strom-markt begegnet werden soll. Neben der Förderung von «neuen» erneuer-baren Energien (z. B. Sonne, Biomas-se, Geothermie) sowie einer erhöhten Energieeffizienz ist ein deutlicher Aus-bau der Wasserkraft vorgesehen. Vor-geschlagen wird einerseits ein Ausbau der bestehenden Wasserkraftwerke, andererseits eine verstärkte Förderung der Kleinwasserkraft, beispielsweise mittels kostendeckender Einspeisever-gütung (KEV). Das Ausbaupotenzial wird von Bundesämtern, Umweltver-bänden und Wasserwirtschaftsverband unterschiedlich eingeschätzt (0,5 – 3,5 TWh/a; Wüest et al. 2012). Unabhän-gig von der Schätzung kann die Was-serkraft die Lücke in der Stromproduk-tion, die durch den Wegfall der Kern-kraft entsteht, nur zu einem kleinen Teil schliessen. Sie kann aber eine zen-trale Rolle spielen in der Speicherung von Sonnen- und Windenergie sowie in der Produktion von Spitzenstrom in Zeiten hoher Nachfrage.
5.2 Veränderte Betriebsbedingungen Die Produktion von Strom aus Sonnen- und Windenergie ist vielenorts starken saisonalen Schwankungen unterwor-fen. Zudem ist sie wetterabhängig und damit nur bedingt vorherseh- und plan-bar, beispielsweise zur Deckung von Spitzen im Strombedarf. Wird zukünf-tig vermehrt Strom aus Wind- und Son-nenenergie gewonnen, dann wird die Stromproduktion deutlich variabler ausfallen als bisher, wobei Schwankun-gen im Stunden- bis Tagesverlauf auf-treten können. Hier kommt die Was-serkraft ins Spiel: Überschüsse aus der Wind- und Sonnenenergie sollen ver-mehrt in Stauseen gespeichert wer-den. Damit soll ein Tages-, Wochen- und sogar jahreszeitlicher Ausgleich erreicht werden. Zudem soll die Fle-xibilität in Zeiten von Spitzenbedarf erhöht werden. Mit den existierenden und geplanten Pumpspeicherwerken in der Schweiz scheint ein Ausgleich auf Tages- bis Wochenbasis zum Zeit-punkt des Ausstiegs aus der Kernkraft
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«Geschiebe- und Habitatsdynamik«
und wird in Zusammenarbeit mit dem BAFU, der WSL und den Wasserbau-labors der ETH Zürich und der EPF Lausanne durchgeführt. Von Flussbau-Seite her werden hydraulisch-konst-ruktive Massnahmen entwickelt, mit denen sich das Geschiebe an Stauan-lagen durchleiten oder flussabwärts anreichern lässt (z. B. Geschiebeumleit
-stollen, induzierte Seitenerosion, Kies-schüttungen, modifizierte Geschiebe-sammler). Die Ökologen untersuchen die Auswirkungen derartiger Aufwer-tungsmassnahmen und des Geschiebe-defizits auf das Ökosystem Fliessgewäs-ser, beispielsweise unter Berücksichti-gung des aquatischen Nahrungsnetzes.
Im Projekt erarbeiten wir auch Praxis-produkte, wie zum Beispiel Merkblät-ter zur Bewertung der Naturnähe des Geschieberegimes.
Im Rahmen eines neuen nationalen Kompetenzzentrums für Energiefor-schung (SCCER-SoE) untersucht die Eawag zusammen mit Forschungspart-nern, wie sich Kleinwasserkraftwer-ke auf die Struktur und Funktion von Fliessgewässern auswirken sowie Mög-lichkeiten zur ökologischen Optimie-rung der Wasserkraftnutzung.
Wir sind überzeugt, dass wir mit den hier vorgestellten Projekten sowie zahlreichen weiteren Forschungsak-tivitäten einen wichtigen Beitrag zur Umsetzung der Ziele der Gewässer-schutzgesetzgebung sowie zu einer effektiven Berücksichtigung ökologi-scher Belange im Gewässermanage-ment leisten können.
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Abstract
Rivers and streams are highly dynamic ecosystems of particular diversity
Over the course of the past two centuries humans have considerably modified river ecosystems, also by exploiting hydropower for electricity production.
There are three major impacts from hydropower exploitation: interruption of the longitudinal connectivity, residual flow and hydropeaking. In this article we present selected examples on how these impacts affect the riverine organisms, their habitats and the processes that shape and maintain these habitats. In the second part of the article we discuss ongoing and future changes in the hydropower exploitation in Switzerland as they are initiated by the revised water protection act and the planned phasing-out of nuclear power.
Keywords: hydropower, connectivity, ecosystem functioning, biodiversity, miti-gation, river management