WSL Berichte, Heft 84, 2019
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verhandelBAR? Neue Ansprüche an Schweizer Wasserspeicher
Elke Kellner1,2, Manuela Brunner3, Astrid Björnsen Gurung1 und Manfred Stähli1
1 Eidg. Forschungsanstalt WSL, Zürcherstrasse 111, CH-8903 Birmensdorf, elke.kellner@wsl.ch, manfred.staehli@wsl.ch
2 Universität Bern, Oeschger Centre for Climate Change Research, Geographisches Institut, Hallerstrasse 12, CH-3012 Bern
3 Research Applications Laboratory, National Center for Atmospheric Research, 3450 Mitchell Lane, CO 80301 Boulder
Wasserspeicher werden seit jeher für verschiedene Zwecke genutzt. Dies gilt auch für Stauseen, welche primär der Erzeugung von Strom dienen. Als Folge des Klima- wandels erwartet man zukünftig eine erhöhte Nachfrage nach Bewässerungs- und Trinkwasser. Welchen Beitrag können vorhandene Wasserspeicher hierzu leisten und welche Herausforderungen sind mit einer Mehrzwecknutzung verbunden?
Eine aktuelle Studie der Eidg. Forschungsanstalt WSL zeigt, dass bestehende und neue Wasserspeicher zur Bewältigung von Sommer-Trockenheit beitragen könn- ten. Dies erfordert jedoch eine langfristige Planung und geeignete Partizipations- prozesse mit betroffenen Akteuren zur Koordination der teilweise konkurrieren- den Wassernutzungen. Da dies langjährige Prozesse sind, sollten bereits heute potentielle Standorte ermittelt und Aushandlungsprozesse aufgegleist werden.
1 Einleitung
Die neuen Klimaszenarien CH2018 zei- gen auf, dass in der Schweiz im Laufe des 21. Jahrhunderts die Sommermonate niederschlagsärmer werden, im Win- ter mehr Regen statt Schnee fällt, die Schneeschmelze früher im Jahr stattfin- det und die Gletscher schwinden (NCCS 2018). Als Folge davon verringert sich im Sommer das natürliche Wasserdarge- bot. Gleichzeitig wird davon ausgegan- gen, dass der Wasserbedarf insbeson- dere in den Sommermonaten aufgrund vermehrter Bewässerung in der Land- wirtschaft und zur Kühlung zunehmen wird (Fuhrer und Calanca 2014). Auch wird wegen des Bevölkerungzuwachses generell ein erhöhter Trinkwasserbedarf erwartet und die Energiestrategie 2050 des Bundesrates sieht eine Zunahme der Wasserkraftproduktion vor (UVEK 2014). Vor diesem Hintergrund kann es zukünftig in der Schweiz häufiger zu sai- sonaler und regionaler Wasserknappheit kommen. Natürliche Seen sowie künstli- che Stauseen wie Wasserkraftreservoire, Beschneiungsteiche und Trinkwasserre- servoire (im weiteren Verlauf des Texts kurz «Wasserspeicher» genannt) werden somit zukünftig zur Deckung temporä- rer Wasserknappheit an Bedeutung ge- winnen.
In diesem Kontext sind beispiels- weise die Nutzungsrechte von Stau-
seen neu zu diskutieren. Konzessionen regeln die Rechte der Wasserkraftbe- treiber zur Nutzung der Stauseen über eine Laufzeit von meistens 80 Jahren.
Viele dieser Konzessionen laufen in den nächsten Jahren aus. Die Neu-Kon- zessionierung ermöglicht es, die Was- sernutzungen der Stauseen neu zu ver- handeln. Auch neue Stauseen in Gebie- ten, wo sich Gletscher zurückgezogen haben könnten neben der Strompro- duktion weitere Dienstleistungen wie das Trockenheitsmanagement erbrin- gen. Hierfür benötigt es als Grundlage eine Übersicht über das Wasserdarge- bot und die Wassernachfrage aller Sek- toren in den betroffenen Einzugsgebie- ten unter Berücksichtigung des Klima- wandels. Die Eidg. Forschungsanstalt WSL zeigt aktuell in einer Studie auf, wo in der Schweiz und in welchem Aus- mass Wasserspeicher dazu beitragen können, zukünftige Wasserknappheit zu lindern.
2 Wasserdargebot und -nachfrage in einem zu- künftigen Trockensommer
In dieser vom Bundesamt für Umwelt in Auftrag gegebenen Studie wurden das heutige und zukünftige Wasserdar- gebot sowie die Wassernachfrage allerrelevanten Sektoren für 307 Einzugs- gebiete der Schweiz berechnet. Dafür wurden das hydrologische Simulations- modell PREVAH (Viviroli et al. 2009), die neusten Klimaszenarien CH2018 (NCCS 2018), die aktuellsten Glet- scherszenarien (Zekollari et al. 2019) sowie die verfügbaren Daten zum Was- serbedarf in der Schweiz verwendet.
Eine detaillierte Beschreibung der Me- thodik ist in Brunner et al. (2019) pu- bliziert.
Die räumliche Verteilung des natür- lichen Wasserdargebots in der Schweiz ist durch die Topographie bedingt: Die höchsten Abflüsse entstehen in alpinen Gebieten und der Südschweiz, niedri- gere Abflüsse im Mittelland. Gemäss den aktuellen Klimaszenarien wird sich dieses räumliche Muster auch in Zu- kunft kaum verändern. Hingegen wird sich die jahreszeitliche Verteilung der Abflüsse deutlich verändern: In alpi- nen, durch Schmelzwasser beeinfluss- ten Gebieten wird sich die Abfluss- spitze von den späteren Sommermo- naten in die frühen Sommermonate verlagern, und der Abfluss im Winter wird zunehmen. In den regendominier- ten Regionen im Mittelland wird es im Sommer trockener, im Winterhalbjahr hingegen abflussreicher.
Auch die heutige und zukünftige Wassernachfrage variiert räumlich.
Während in alpinen Gebieten die Was- serkraft und die Ökologie (der Bedarf an Mindest- und Restwassermengen) die Nachfrage dominieren, sind in Mit- tellandgebieten andere Nutzungen be- deutender, zum Beispiel die Bewässe- rung in der Landwirtschaft und in den urbanen Zentren die Trinkwasserver- sorgung für die Haushalte. Insgesamt stellt die Ökologie gemäss der aktuel- len Studie den grössten Anteil am Ge- samtwasserbedarf der Schweiz dar, ge- folgt vom Wasserbedarf für die Spei- cher-Wasserkraft. Beide Nutzungen
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das Wasser lokal nicht unmittelbar für andere Nutzungen zur Verfügung. Die Bewässerung benötigt etwa soviel Was- ser wie die Trinkwasserversorgung, der Dienstleistungs-Sektor und die Indus- trie zusammen. Die Wassernachfrage für Grossvieh, Schneeproduktion und das Trinkwasser für den Tourismus ist auf der nationalen Skala vernachläs- sigbar, kann jedoch lokal bedeutend sein. Die Nachfrage in den jeweiligen Nutzungskategorien unterscheidet sich nicht nur räumlich, sondern auch sai- sonal. So ist die Nachfrage für Bewäs- serung in den Sommermonaten am grössten, während die Schneeproduk- tion primär im November und Dezem- ber stattfindet.
Aus dem Wasserdargebot und der -nachfrage lassen sich für ein Jahr oder für den Sommer (Juni – September) die lokale Wasserknappheit resp. der -überschuss berechnen. In einem Nor- maljahr gibt es gegenwärtig kaum ein Wasserdefizit. Das Trockenjahr 2018 hat jedoch gezeigt, dass unter extre- men Bedingungen einige Regionen im Mittelland bereits heute von Was- serknappheit betroffen sein können (Abb. 1). Gemäss der aktuellen Studie mit den neusten Klimaszenarien 2018 ist auch in Zukunft in einem Normal- jahr nur in wenigen Gebieten des Mit- tellands mit Sommer-Wasserknappheit zu rechnen. In aussergewöhnlich nie-
derschlagsarmen Jahren hingegen wer- den im Sommer deutlich mehr Gebiete im Mittelland von Wasserknappheit betroffen sein. Dass Wasserknappheit auch in alpinen Gebieten lokal auftre- ten kann, hat der Sommer 2018 gezeigt.
3 Wasserspeicher zur Bewältigung von Sommer- Wasserknappheit
Die natürlichen Seen in der Schweiz speichern rund 130 000 Mio. m3 Was- ser. Hiervon stehen allerdings durch- schnittlich nur 3,5 % tatsächlich für die Nutzung zur Verfügung, weil die Wasserentnahme regulatorischen und technischen Einschränkungen unter- liegt. Das Wasser in Wasserkraftreser- voiren, insgesamt mehr als 3500 Mio.
m3, könnte technisch zum grössten Teil genutzt werden, wenn die Konzessio- nen für andere Nutzungen angepasst werden würden. Die sehr kleinen Vo- lumina von Trinkwasserreservoiren (4,5 Mio. m3) und Beschneiungsteichen (4 Mio. m3) sind zur Bewältigung von Sommer-Trockenheit unbedeutend.
Wichtig für die Wasserverfügbarkeit ist die Lage der Seen. Während sich die Wasserkraftreservoire hauptsächlich in den Alpen und Voralpen befinden, lie- gen die grossen, natürlichen Seen vor allem im Mittelland.
Welchen Beitrag können diese nutz- baren Speichervolumen zur Bewäl- tigung von Sommer-Wasserknapheit leisten? Dazu gibt es zwei Sichtwei- sen: eine lokale und eine überregio- nale. Wenn – wie in Abbildung 1 am Beispiel von 307 Teileinzugsgebieten der Schweiz – das nutzbare Speicher- volumen der lokalen Wasserknapp- heit gegenüber gestellt wird, ist das Potenzial relativ gering. In einem ex- tremen Trockenjahren, entsprechend einem 100-jährlichen Ereignis, bleibt in den meisten Gebieten das Verhält- nis von Nutzvolumen zu Wasserknapp- heit kleiner als 1:4 (0,25), d. h. die Spei- cher decken nicht ein Viertel der Was- serknappheit (Brunner et al. 2019).
Eine Ausnahme bildet das Seeland mit dem Neuenburgersee. Selbst bei einem 100-jährlichen Trockenheitsereignis weist die Region immer noch ein gros- ses Potenzial auf, die Wasserknappheit zu mindern.
Bei einer überregionalen Betrach- tung sieht es aber anders aus: Alpine Wasserspeicher können in unterliegen- den Gebieten Wasserknappheit min- dern, falls die Gebiete über einen na- türlichen Wasserlauf miteinander verbunden sind. Unter heutigen Bedin- gungen übersteigt das regional nutz- bare Wasserspeichervolumen der meis- ten hydrologischen Grossregionen die zu erwartende Sommerwasserknapp- heit bei weitem. Oberliegende Ge-
Abb. 1. Sommer-Wasserknappheit heute und per Ende 21. Jahrhundert für ein normales und sehr niederschlagsarmes Jahr (links), und das Potenzial von bestehenden Wasserspeichern, diese Wasserknappheit lokal zu mindern (rechts) (Grafiken modifiziert nach Brunner et al.
2019).
Normaler Sommer Sehr trockener Sommer
(100 jährliches Ereignis) Sehr trockener Sommer (100 jährliches Ereignis)
heute
Zukunft
Sommer-Wasserknappheit Lokales Potenzial von Wasserspeichern zur Verminderung von Wasserknappheit
kein Potenzial geringes Potenzial
grosses Potenzial Knappheit
keine Knappheit
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biete in den Regionen Rhône, Rhein und Ticino können unter normalen (mittleren) Bedingungen dazu beitra- gen, Sommerdefizite in unterliegenden Gebieten auszugleichen, selbst bei ei- ner 100-jährlichen Trockenheit. In der Aare-Region ist in einem Normaljahr genügend Wasser in den Speichern, um die unterliegenden Sommerwasser- defizite auszugleichen. In einem Ext- remjahr hingegen vermag das Nutzvo- lumen aller bisher vorhandenen Was- serspeicher in dieser Region lediglich 13 % der Sommer-Wasserknappheit zu decken. Hier könnten neue Stauseen überregionale Defizite ausgleichen.
4 Was bedeutet das für die Wasserkraft?
Die Berechnungen zeigen, dass Som- mer-Wasserknappheit in der Schweiz auch in Zukunft die Ausnahme und nicht die Regel sein wird. In besonders niederschlagsarmen Jahren könnten Wasserkraftreservoire zur Bewältigung von Trockenheit beitragen. Dies sollte bei der Neuverhandlung von Konzessi- onen und bei der Erarbeitung von Was- serstrategien für grössere Einzugsge- biete berücksichtigt werden.
Ein Zubau von neuen Speichern in periglazialen Gebieten würde aus überregionaler Sicht primär im Aare- Einzugsgebiet einen Mehrwert für die Trockenheitsbewältigung liefern. Im Rhone- und Ticino-Einzugsgebiet hin- gegen ist bereits heute das nutzbare Wasservolumen der Speicher ausrei- chend, um ein regionales Sommer-Was- serdefizit zu decken. Die Bereitstellung von Wasser in Trockenjahren aus beste- henden und neuen Stauseen, beispiels- weise für Bewässerung in unterlie- genden Regionen, könnte für Wasser- kraftbetreiber eine neue Option sein, verlangt aber ökonomische Anreize, zielführende Aushandlungsprozesse mit anderen Wassernutzenden und An- passungen der Konzessionen.
5 VerhandelBAR?
Aushandlungsprozesse können in Form eines partizipativen Prozesses zur ge- meinsamen Erarbeitung eines Kon-
zessions-Vorschlags durchgeführt wer- den, um die unterschiedlichen Wasser- Ansprüche zu koordinieren. Bei einem solchen Prozess sollten alle betroffe- nen Akteure bzw. deren Vertretungen von Anfang an einbezogen werden.
Zusätzlich sollte die Zusammenset- zung gewährleisten, dass die Rechts- konformität des neu ausgehandelten Konzessionsentwurfs gegeben ist. Das heisst, dass staatliche und nicht-staat- liche Akteure von verschiedenen Sek- toren und Ebenen teilnehmen, die ver- schiedene Wasser-Nutzungen und auch rechtliche Aspekte vertreten (Kellner 2019). Zu Beginn des Prozesses sollte ein gemeinsames Ziel für das Spei- cher-Projekt entwickelt werden. Er- gebnisse in Kellner et al. (2019) zeigen, dass Teilnehmende ihre Ansprüche am besten koordinieren, wenn ein gemein- sames übergeordnetes Ziel vorhan- den ist, da dadurch auch ein gemein- sames Problemverständnis entwickelt werden kann. Auch sollte der Prozess Zeit und Handlungsspielraum bieten, um das gegenseitige Vertrauen aufzu- bauen, insbesondere zwischen Akteu- ren und Gruppen mit unterschiedli- chen Nutzungsinteressen. Vertrauen ist eine wichtige Grundlage für erfolg- reiche Verhandlungen, insbesondere wenn Regulierungen noch nicht forma- lisiert sind.
6 Fazit und Ausblick
Die Schweiz verfügt über vielfältige Wasserspeicher mit einem insgesamt grossen Wasservolumen, auch wenn von den natürlichen Seen nur ein klei- ner Anteil (3,5 %) tatsächlich nutzbar ist. Mit natürlichen und künstlichen Wasserspeichern liessen sich in Zu- kunft regionale und saisonale Wasser- Defizite ausgleichen, falls es gelingt, mittels Aushandlungsprozessen kon- kurrierende Wassernutzungen zu koor- dinieren. Wasserspeicher können somit eine geeignete Anpassungsmassnahme an den Klimawandel darstellen. Sie sollten jedoch Teil eines ganzheitlichen Anpassungsprogramms sein, denn auch auf der Nachfrageseite besteht durch- aus Potenzial, Wasser einzusparen. So liesse sich zum Beispiel mit trocken- heitsresistenten Kulturen, effizienten Bewässerungs- und anderen Techno-
logien oder veränderten Konsumge- wohnheiten der Wasserverbrauch deut- lich senken. Ebenso ist die Vernetzung von Wasserversorgungssystemen ein zielführender Ansatz.
7 Literaturverzeichnis
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WSL Berichte, Heft 84, 2019 Abstract
negotiABLE? New demands on Swiss water reservoirs
Water reservoirs have always been used for various purposes. This also applies to hydropower reservoirs, which are primarily destined to generate electricity. As a result of climate change, an increased demand for irrigation and drinking water is expected in the future. How can existing water reservoirs contribute to mitigation of water shortages and which challenges are associated with a multi-purpose use of reservoirs? A current study of the Swiss Federal Research Institute WSL shows that existing and new reservoirs could provide added value in coping with summer drought. However, this requires long-term planning and appropriate participation processes with the actors concerned to ensure regulation and coordination of the partially competing water uses. Since these are long-lasting processes, a national potential analysis should be conducted with priority sites for new reservoirs and negotiation processes initiated.
Key words: Climate change, water shortage, multi-purpose reservoirs, hydropower, mountains
