11 Schlüsselstellen und Auswirkungen Gesamtsystem Matthias Pfäffli, Michael Müller

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11 Schlüsselstellen und Auswirkungen Gesamtsystem

Matthias Pfäffli, Michael Müller

11.1 Hydrologische Grundlagen für die Schlüsselstellenanalyse

In der Schlüsselstellenanalyse wurden – wie in Kapitel 4.3 erwähnt – die Bauwerksver- sagen der Analysestandorte mit synthetischen Abflussganglinien untersucht. Die Me- thodik der synthetischen Ganglinien wird im Detailbericht E, Kapitel 5 beschrieben. Die verwendeten synthetischen Ganglinien (Grössenordnung HQ100 bis HQ10 000) sind in der Resultatmappe 2 jeweils pro Subsystem im Kapitel 3 dokumentiert.

11.2 Ausscheidung von Schlüsselstellen

Im Gesamtsystem wurden insgesamt 421 Analysestandorte identifiziert (27 Wehre, 4 Tal- sperren, 4 Streichwehre, 37 Kraftwerke¹³, 250 Brücken, 90 Seitendämme und 9 Rutsch- flächen). Neben den hydrologisch bedingten Bauwerksversagen wurden auch Bruchsze- narien von grossen Stauanlagen betrachtet¹⁴. Solche Szenarien sind am ehesten einer Erdbebeneinwirkung zuzuordnen und erlauben, eine weitere mögliche Naturgefahr ein- zubeziehen.

Dafür wurden zuerst sogenannte Nullläufe mit synthetischen Ganglinien gerechnet, wobei das Fliess- und Retentionsverhalten jedes Subsystems grundsätzlich für vier Ganglinien (HQ100, HQ1000, HQ10 000 und HQ10 000u; u bedeutet oberes Konfidenzintervall für den Spitzenabflusswert; Detailbericht E, Kap. 5) und bei intakter Infrastruktur nachgebildet wurde. Anschliessend wurden die Resultate dieser Nullläufe gesichtet und als Grundlage für die Definition von Versagensszenarien verwendet. Die Fliesstiefenkarten der Nullläufe zeigten auf, ab welchem Abfluss Bauwerke um- und/oder überströmt werden, wo neue Fliesswege entstehen und wo welche Abflusstiefen zu erwarten sind. Das Studium dieser Karten unter Miteinbezug der Resultate in Form von Quer- und Län- genprofilen erlaubte, eine Vorauswahl wesentlicher Versagensszenarien zu treffen. An- schliessend wurden für diese Versagensszenarien neue PQ-Beziehungen erstellt und ins 2D-Modell eingebaut. Schliesslich erfolgte die Modellierung und eine erneute Auswer- tung der Szenarienläufe, um entscheiden zu können, ob und in welcher Form noch weitere Versagen relevant werden könnten und welche Analysestandorte als Schlüsselstel- len hinsichtlich der Gefährdung in den Beurteilungsperimetern weiter behandelt werden müssen.

Unabhängig vom Bauwerkstyp kann ein Analysestandort dann (sub-)systemrelevant werden, wenn durch dessen Versagen ein zusätzlicher Aufstau im Oberwasser entsteht und damit neuer Retentionsraum oder ein neuer Fliessweg geschaffen wird. In einem solchen Fall wird die Ganglinie nämlich im Vergleich zum Normalbetrieb verändert.

Bei Brücken kann dies aufgrund einer Verklausung erfolgen, wobei im untersuchten Einzugsgebiet lediglich drei Brückenstandorte für die Versagensläufe zur Ausscheidung von Schlüsselstellen als relevant eingestuft wurden.

An Stauanlagen wird ein ausserordentlicher Aufstau durch einen (Teil-)Ausfall der Regulier- oder Hochwasserentlastungsorgane (schlimmstenfalls n-n) hervorgerufen. Da an etlichen Stauanlagen entlang der Aare beträchtliche zusätzliche Rückhaltevolumina mobilisiert werden können, wurden zahlreiche Stauwehre hinsichtlich einer allfälligen Wirkung als Schlüsselstelle untersucht.

13 Die Bauwerke beinhalten auch das alte Kraftwerk Hagneck und das Kraftwerk Kallnach, die keine eigenen Wehre nutzen, sondern im Zusammenschluss mit der neuen Stauanlage Hagneck resp. der Stauanlage Niederried betrieben werden.

14 Nebst den Bauwerksversagen und den Rutschungen wurden auch morphologische Effekte bei- spielhaft untersucht (Kapitel 4.3). Die morphologischen Effekte haben jedoch keine Auswirkun- gen auf die Form der Ganglinie am unterhalb liegenden Transferpunkt und sind somit für die Schlüsselstellen- und Gesamtsystemanalyse nicht relevant.

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Rutschungen können ebenfalls einen Aufstau generieren, wenn sie den Fliessquerschnitt massiv einengen oder ganz blockieren. Basierend auf einer ersten gutachterlichen Ein- schätzung der Rutschkörper und möglicher Ablagerungsgeome trien wurden insgesamt sechs Standorte als mögliche Schlüsselstellen zur detaillierteren Analyse empfohlen.

Schliesslich kann ein frühzeitiges Versagen in Form einer Breschenbildung in Hoch- wasserschutzdämmen in grossem Masse zusätzliche und / oder neue Retentionsflächen aktivieren oder neue Fliesswege schaffen. Basierend auf den Resultaten aus den Null- läufen wurden total 16 HWS-Dämme für die Szenarienläufe mit Nachbildung einer Bre- schenbildung empfohlen.

Nebst der Schaffung von zusätzlicher Retention und / oder neuen Fliesswegen kann sich die Ganglinie innerhalb des (Sub-)Systems bei einem Bruch einer Struktur verän- dern (Flutwelle). Dies betrifft insbesondere die Bauwerke mit grossen Stauhöhen und Stauvolumina. Entsprechend wurde das plötzliche Verschwinden der grossen Staumau- ern Rossens, Schiffenen, Mühleberg und Wettingen im 2D-Modell nachgebildet.

Simulation Nulllauf 1500

1000 500 0 Abfluss [m3/s]

0 25 50 75 100 125 150 175 200

Zeit [h]

Abb. 24. Die Abbildung zeigt den Vergleich der Abflussganglinie unterhalb des Kraftwerks Rup- perswil (am Transferpunkt Brugg) für ein HQ10 000 mit zwei verschiedenen Betriebsszenarien: Im Nulllauf (rote Linie) können sämtliche Wehrsegmente als Hochwasserentlastung (HW-Entlastung) geöffnet werden (n-0). Im Simulationslauf (blaue Linie) wird als Versagensszenario angenommen, dass sämtliche Wehröffnungen anfänglich geöffnet sind, jedoch zum Zeitpunkt des Spitzen- abflusses durch einen Fehler wieder geschlossen werden. Es kommt im Oberwasser zu einer Vergrösserung des Retentionsraumes und dadurch unterhalb des Kraftwerks zu einer Reduktion des Abflusses. Sobald der Retentionsraum jedoch gefüllt ist, wird die Anlage überströmt und der Abfluss erreicht denselben Wert, wie wenn sämtliche Segmente geöffnet sind.

800 600 400 200 0 Abfluss [m3/s]

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Zeit [h]

Abb. 25. Die Abbildung zeigt den Vergleich der Abflussganglinie unterhalb des Kraftwerks Aarberg (am Transferpunkt Solothurn) für ein HQ10 000 mit zwei verschiedenen Betriebsszenarien: Im Nulllauf (rote Linie) können sämtliche Wehrsegmente als HW-Entlastung geöffnet werden (n-0) und das Wasser fliesst via Jurarandseen nach Solothurn. Im Simulationslauf (blaue Linie) führt die Blockie- rung der Segmente (n-n) zu einem grösseren Rückstau der Aare. In diesem Fall wird der rechtssei- tige Damm überströmt und es fliesst deutlich mehr Wasser entlang der Alten Aare als im Nulllauf.

Dieses Wasser fällt in Solothurn zusätzlich an und führt zu einer Erhöhung der Abflussspitze.

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Die aus den Bauwerksanalysen definierten Szenarien der relevanten Analysestandorte wurden mit dem hydraulischen Modell auf der Ebene Subsystem untersucht. Die Aus- wertungen am unteren Transferpunkt zeigten dabei meist eindeutig auf, ob ein Bauwerk eine Schlüsselstelle darstellt oder nicht. Die in Kapitel 4.3 angegebenen Schwellenwer- te (i) +/–5 Prozent des Spitzenabflusses, (ii) +/–5 Prozent des Abflussvolumens und (iii) Veränderung der Ganglinienform¹⁵ (z. B. Versteilung des Anstiegs oder Abflachung und Verlängerung des Hochwassers durch Dämpfungseffekte) wurden demnach entweder deutlich unter- oder überschritten.

Beispielsweise wurde die Auswirkung eines Ausfalls der Wehröffnungen (n-n) der Stauanlage Rupperswil (Resultatmappe 2, SSG, 4.I) auf die synthetische Ganglinie bei einem HQ10 000 untersucht (Abb. 24).

Aus Abbildung 24 wird ersichtlich, dass die Abflussganglinien am Transferpunkt Brugg nahezu identisch sind. Der Ausfall der Wehröffnungen der Stauanlage Rupperswil reduziert die Ganglinie in Brugg während einigen Stunden jedoch stark (Aufstau im Ober- strom). Die dämpfende Wirkung ist, im Vergleich zur gesamten Ganglinie, nur von kurzer Dauer und der Spitzenabfluss von etwa 1850 m³/s in Brugg (Nulllauf) wird trotz des Bauwerksversagens erreicht. Die Abflussspitze wird dadurch nicht verändert (0 %) und das Volumen verändert sich lediglich um 0,2 Prozent. Somit stellt dieser Analysestandort keine Schlüsselstelle dar.

Im Gegensatz zur schwachen Wirkung des Wehrausfalls bei der Stauanlage Ruppers- wil hat das gleiche Versagensszenario beim Wehr Aarberg eine deutlich stärkere Wir- kung auf die Abflussganglinie am unteren Ende des Subsystems (Solothurn; Abb. 25).

Der Ausfall der Hochwasserentlastung (n-n) bei der Stauanlage Aarberg führt zu einer 39 Prozent höheren Abflussspitze und zu rund 17 Prozent mehr Abflussvolumen beim Transferpunkt Solothurn. Das Versagensszenario bei der Stauanlage Aarberg führt zu einer deutlichen Überschreitung der in Kapitel 4.3 angegebenen Schwellenwerte von 5 Prozent, sowohl für Spitzenabfluss als auch für das Abflussvolumen; der Analyse- standort wird zu einer Schlüsselstelle im Gesamtsystem.

Bei folgenden Analysestandorten wurden die in Kapitel 4.3 angegebenen Schwellen- werte überschritten (in Fliessrichtung angegeben):

– Sperrenbruch Stauanlage Rossens – Sperrenbruch Stauanlage Schiffenen – Sperrenbruch Stauanlage Mühleberg

– Versagen an der Stauanlage Aarberg: (Teil-)Ausfall der Hochwasserentlastung oder Verklausung

– Breschenbildung rechtsufrig am Hagneckkanal oberwasserseitig der Walperswil- brücke

– Erosion der Sollbruchstelle (Kontrollbauwerk) am Hagneckkanal

– Rutschflächen Hagniwald und Eggenacher (oberwasserseitig der Stauanlage Hagneck)

– Ausfall der Hochwasserentlastung (n-n) Stauanlage Port – Verklausung der Wengibrücke in Solothurn

– Ausfall der Hochwasserentlastung (n-n) Stauanlage Flumenthal – Sperrenbruch Stauanlage Wettingen

Für eine abschliessende Festlegung der Schlüsselstellen müssen nebst der relativen Ver- änderung der Ganglinie auch die Art der Veränderung und eventuelle Auftretenswahr- scheinlichkeiten beurteilt werden, damit die Bauwerksversagen in der Extremwertstatis- tik der Hydrologie (Kap. 4.2) eingeordnet werden können.

Sobald eine Schlüsselstelle eine dämpfende Wirkung aufweist, d. h. die Abflussspitze und / oder das Abflussvolumen am unterhalb liegenden Transferpunkt reduziert wird, ist das Szenario für die Extremwertstatistik nicht mehr interessant, da aus einem seltenen Ereignis mit einem hohen Abfluss ein seltenes Ereignis mit einem niedrigeren Abfluss wird. Das Ereignis mit Bauwerksversagen wird somit durch häufigere rein hydrologische Ereignisse mit demselben Abfluss überlagert und fällt nicht mehr ins Gewicht. Der

15 Die Veränderung der Ganglinie wurde anhand von drei Gütemassen quantifiziert (Detailbericht E, Anhang A5)

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Effekt in der Extremwertstatistik fällt noch deutlicher aus, wenn der Versagensprozess eine Wahrscheinlichkeit kleiner als 1 aufweist. In diesem Fall wird ein seltenes Ereignis mit einem hohen Abfluss zu einem noch selteneren Ereignis mit einem niedrigeren Ab- fluss. Dies ist zum Beispiel bei den Rutschflächen im Einschnitt des Hagneckkanals kurz vor der Mündung in den Bielersee der Fall (Abb. 26). Die Beschreibung dieses Szenarios ist in der Resultatmappe 2, Resultatblatt SSC, Kapitel VII.1 dokumentiert.

In diesem Szenario reduziert sich die Abflussspitze um 29 Prozent (beidseitige Rut- schung, Abb. 26c) und die Volumendifferenz während des Ereignisses beträgt von –16 Prozent (Rutschung links, Abb. 26a) bis zu –55 Prozent (beidseitige Rutschung, Abb. 26c), weil durch diese Rutschungen der Hagneckkanal Richtung Jurarandseen teil-

600 400 200 0 Abfluss [m3/s]

800 600 400 200 0 Abfluss [m3/s]

0 20 40 60 80 100 120 140

Zeit [h]

0 20 40 60 80 100 120 140

Zeit [h]

0 20 40 60 80 100 120 140

Zeit [h]

Abb. 26. Vergleich der Abflussganglinie am Transferpunkt Solothurn bei einem HQ100 an der Aare zwischen dem angegebenen Rutschungsszenario (blau) und dem Nulllauf ohne Bauwerksver- sagen (rot). a) Rutschung Eggenacher (orographisch rechts), b) Rutschung Hagniwald (orographisch links), c) Rutschung Hagniwald (orographisch links) und Eggenacher (orographisch rechts).

Rutschung Hagniwald (orographisch links)

Rutschung Eggenacher (orographisch rechts)

Rutschung Hagniwald (orographisch links) und Eggenacher (orographisch rechts) a

b

c

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weise blockiert und die Aare linksufrig (Sollbruchstelle) ins Grosse Moos geleitet wird und dadurch grosse zusätzliche Retentionsvolumen aktiviert werden.

Werden sämtliche oben genannten Analysestandorte auf ihre dämpfende Wirkung und auf ihre Eintretenswahrscheinlichkeit hin untersucht, reduziert sich die Liste auf sechs Schlüsselstellen (Abb. 27):

– Sperrenbruch Stauanlage Rossens – Sperrenbruch Stauanlage Schiffenen – Sperrenbruch Stauanlage Mühleberg

– Versagen an der Stauanlage Aarberg: (Teil-)Ausfall der Hochwasserentlastung oder Verklausung

– Breschenbildung rechtsufrig am Hagneckkanal oberwasserseitig der Walperswil- brücke

– Sperrenbruch Stauanlage Wettingen

Die Resultate der einzelnen Analysestandorte sind in der Resultatmappe 2 detailliert beschrieben. Im Folgenden wird auf die wichtigsten Schlüsselstellen im Gesamtsystem eingegangen. Es kann dabei zwischen Versagen aufgrund einer hydraulischen Belastung bei einem extremen Hochwasserereignis (Kap. 11.3) und (erdbebenbedingten) Bruchsze- narien grosser Stauanlagen (Kap. 11.4) unterschieden werden. Zusätzlich wird ein spe- zielles Szenario beurteilt, in dem das Wehr Port infolge Erdbeben bricht und die dadurch induzierte Flutwelle sämtliche Stauanlagen zwischen dem Bielersee und dem Kernkraft- werk Gösgen beschädigt, wodurch sie ebenfalls sequenziell (eine nach der anderen) brechen.

Da im Rahmen der Schlüsselstellenanalyse gezeigt werden konnte, dass die morphologischen Prozesse keine massgebenden Auswirkungen auf die Abflussganglinie entlang der Aare haben, wurde eine rein hydraulische Modellierung der Szenarien im Gesamtsystem als ausreichend beurteilt.

!

! !

"

)Wettingen

!

"

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) Aarberg

Rossens

Mühleberg

Schiffenen Walperswilbrücke

Halen Golaten

Solothurn

Gümmenenbrücke

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) Schlüsselstelle

! Transferpunkt Gewässernetz Seen

¯

0 5 10 20km 0 5 10 20km

0 20 40 80km

Grosses Moos

Walperswilbrücke

Aarberg Mühleberg Schiffenen Rossens

Wettingen Alte Aare

Aare

Saane Aare

Limmat

Abb. 27. Schlüsselstellen: Sperrenbrüche Stauanlage Rossens, Schiffenen, Mühleberg und Wettingen, Versagen der Stauanlage Aarberg sowie Breschenbildung rechtsufrig am Hagneck- kanal oberwasserseitig der Walperswilbrücke.

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11.3 Abflussbedingte Bauwerksversagen im Gesamtsystem

Zur Beurteilung der Auswirkungen von Bauwerksversagen an Schlüsselstellen wurden Hochwasserereignisse (Ganglinien) aus der langen Abflusszeitreihe (289 000 Jahre) ausgewählt. Dabei wurde geprüft, ob die Hochwasserereignisse ein Versagen an einer Schlüsselstelle auslösen können und ob aufgrund des Zeitpunktes des Versagens der Schlüsselstelle die ausgelöste Flutwelle zeitlich ungünstig an den unterhalb liegenden Transferpunkten ankommt. Dies würde zu einer Erhöhung des Spitzenabflusses an diesen Transferpunkten führen. Für jede Schlüsselstelle wurde die Häufigkeit des Ereig- nisses ermittelt und die Auswirkungen innerhalb des Gesamtsystems dargestellt. Das Selektionsverfahren berücksichtigte dabei die Fliesszeiten zwischen dem Standort des Versagens und den wichtigsten Seitenzuflüssen. Da sich mit Ausnahme der Stauanlage Wettingen sämtliche Schlüsselstellen im Grossraum Aarberg oder dessen Oberwasser befinden, konnte für alle Versagen von den gleichen Fliesszeiten ausgegangen werden (Tab. 9). Ein Versagen an den Schlüsselstellen oberwasserseitig des Stauwehrs Aarberg oder im Grossraum Aarberg selbst führt dazu, dass ein Teil des Aareabflusses nicht mehr durch den Hagneckkanal in den Bielersee, sondern nach orographisch links (via Soll- bruchstelle) ins Grosse Moos beim Seeland, resp. nach orographisch rechts (via Grosses Moos und/oder den alten Aarelauf) Richtung Büren an der Aare abgeleitet wird.

Tab. 9. Abgeschätzte Fliesszeiten der Flutwelle im Grossen Moos von einem Versagen an einer Schlüsselstelle im Grossraum Aarberg bis zu den massgebenden Zuflüssen im Unterlauf der Aare. Der Abgleich des zeitlichen Zusammenspiels wurde nur für die grössten Seitenzuflüsse durchgeführt.

Zeit [h]

Aarberg bis zur Mündung der Emme 19

Aarberg bis zur Mündung der Wigger 26

Aarberg bis zur Mündung der Reuss 33

Aarberg bis zur Mündung der Limmat 33

11.3.1 Relevante Abflüsse im Grossraum Aarberg

Die Bauwerksversagen der Schlüsselstellen im Grossraum Aarberg, insbesondere die Breschenbildung rechtsufrig im Seitendamm des Hagneckkanals oberwasserseitig der Walperswilbrücke, werden bei bestimmten Abflussverhältnissen ausgelöst. Die kritischen Bedingungen für ein Versagen eines Seitendammes wurden basierend auf der Zuverlässigkeitsanalyse in der Bauwerksanalyse festgelegt. Dabei resultiert eine Bre- schenbildung im rechtsufrigen Damm, wenn mindestens eine der folgenden drei Be- dingungen erfüllt ist:

1. Überströmen der Dammkrone mit einer Abflusstiefe von 30 cm, oder 2. Belastung bordvoll während 48 Stunden, oder

3. Belastung über Bemessungsniveau (unterschreiten des Freibords) während 20 Tagen.

Die Resultate aus den 2D-Simulationen mit hydrologischen Ganglinien erlaubten aus- zuwerten, zu welchem Zeitpunkt die entsprechenden Wasserspiegellagen im Hagneck- kanal die oben genannten Versagenskriterien erfüllen und welcher Abfluss am oberwasserseitig liegenden Transferpunkt (TP) Golaten dabei ins System fliessen muss.

Eine Breschenbildung durch Überströmen erfolgt bei einem Abfluss am TP Golaten von 2505 m³/s. Aus der Abflusszeitreihe von 289 000 Jahren resultieren rund 40 Gang- linien, die dieses Kriterium erfüllen, jedoch lediglich 5, die zusätzlich ein ungünstiges zeitliches Auftreten haben und im Unterwasser zu einer Abflusserhöhung führen.

Das zweite Kriterium (bordvoll) entspricht einem Abfluss von 1950 m³/s am TP Go- laten während 48 Stunden und führt zu keinen zusätzlichen Hochwasserganglinien aus

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der Abflusszeitreihe. Auch das dritte Versagenskriterium, ein Abfluss am TP Golaten von etwa 1450 m³/s während mindestens 20 Tagen, wurde in der Langzeitganglinie nie erreicht.

Aufgrund der Lage des Analysestandorts kann jedoch zusätzlich zur hydrologischen Situation eine Verklausung der Walperswilbrücke durch Schwemmholz zu einem ver- frühten Zeitpunkt einen Aufstau im Hagneckkanal bewirken, der so hoch werden kann, dass bereits bei kleineren Abflüssen eine Breschenbildung erfolgt. Unter Berücksichti- gung der Schwemmholzfrachten reicht bei einem hundertjährlichem Schwemmholzer- eignis ein Aareabfluss von 1400 m³/s aus, um bei einer Brückenverklausung die für die Breschenbildung kritische Wasserspiegellage zu erreichen. Da eine Verklausung an der Walperswilbrücke nicht ausgeschlossen werden konnte, musste auch die Häufigkeit dieses kritischen Abflusswerts evaluiert werden.

Ein Abfluss von 1400 m³/s wird am TP Golaten in der hydrologischen Zeitreihe (289 000 Jahre) in insgesamt 8687 Jahren erreicht oder überschritten (dies entspricht 3 Prozent der jährlichen Hochwasser in dieser Zeitreihe). In den meisten Fällen der gerechneten Ganglinien verhält sich die Fliesszeit der Flutwelle in der Alten Aare so, dass es zwar in Solothurn zu einer Veränderung der Ganglinie in der Aare kommt, diese jedoch durch zeitlich verschobene Seitenzuflüsse der Emme, Wigger, Reuss und Limmat nicht mehr zu einer Veränderung des Spitzenabflusses an den weiter flussabwärts liegenden Trans- ferpunkten führt. Nur in rund 3 Prozent der ausgewählten Hochwasserereignisse (239 kritische Ereignisse von 8687 Ereignissen resp. Jahren) ist eine zeitliche Überlagerung mit den Seitenzuflüssen möglich, die entweder beim Transferpunkt in Aarburg oder am Transferpunkt in Stilli zu einer Erhöhung des Spitzenabflusses führt.

Nachfolgend werden mögliche Versagen der Schlüsselstellen im Grossraum Aarberg sowie die Resultate aus den 2D-Modellierungen des Gesamtsystems beschrieben.

11.3.2 Versagen an der Stauanlage Aarberg

Bei hohen Abflüssen kann es an der Stauanlage Aarberg zu verschiedenen Versagens- mechanismen kommen. Bei hohem Schwemmholzanfall kann durch eine Verklausung an der Wehrbrücke die HW-Entlastungskapazität reduziert werden (Szenario 1: Verklau- sung des Wehrs Aarberg). Bei Betriebs-, Entscheidungs- oder technischen Fehlern ist es möglich, dass die Wehrfelder nicht zeitgerecht geöffnet werden können. Dadurch entstehen zwei weitere Szenarien: HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n, Szenario 2) und HW- Entlastung teilweise ausser Betrieb (n-2, Szenario 3). Der Effekt der drei Szenarien ist ein erhöhter Abfluss in der Alten Aare und – da der dämpfende Bielersee ausgelassen wird – höhere Abflüsse in der Aare nach der Mündung der Alten Aare in Meienried.

Der kritische Abflusswert für sämtliche Szenarien am Wehr Aarberg wurde auf den tiefsten relevanten Wert aus den zuvor dargelegten Überlegungen (1400 m³/s) festgelegt.

Einerseits ist bei diesem Abfluss eine Verklausung am Wehr Aarberg wahrscheinlich, an- dererseits erhalten damit die Szenarien mit Versagen der Segmentschützen aufgrund von Betriebs-/Entscheidungsfehlern oder technischen Fehlern jährliche Wahrscheinlich- keiten, die noch innerhalb des für das Projekt relevanten Wahrscheinlichkeitsbereichs liegen (> 1E-7).

Dieser Abfluss von 1400 m³/s wird in der hydrologischen Zeitreihe in insgesamt 8687 Jahren erreicht oder überschritten, wobei davon lediglich 239 Ereignisse ein ungünsti- ges zeitliches Auftreten aufweisen und entweder beim Transferpunkt in Aarburg oder am Transferpunkt in Stilli zu einer Erhöhung des Spitzenabflusses führen.

Die 239 Szenarien konnten nicht alle mit dem hydraulischen Modell des Gesamtsys- tems berechnet werden, da pro Szenario rund ein Tag Rechenzeit beansprucht wird. Statt- dessen wurden fünf besonders grosse Szenarien ausgewählt, die auch in den unterhalb liegenden Transferpunkten Aarburg und Stilli Abflusswerte herbeiführen, die in der Ext- remwertstatistik der Transferpunkte Häufigkeiten in der Grössenordnung von 1E-4/Jahr entsprechen.

Die Auswirkungen der Versagensszenarien am Wehr Aarberg auf die Ganglinien fluss- abwärts – insbesondere in Aarburg und in Stilli – sind für jedes dieser 239 Szenarien unterschiedlich. Gemeinsam haben die Szenarien nur, dass sie am Transferpunkt Solothurn zu einer Erhöhung des Spitzenabflusses führen (Szenario 1: etwa 0–20 m³/s, Szenario 2:

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Abb. 28. Vergleich der Ganglinien zwischen einem hydrologischen Hochwasserereignis ohne Bauwerksversagen und mit verschiedenen Versagensszenarien an der Stauanlage Aarberg.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Abfluss [m3/s]

0 2 4 6 8 10 12 14

Zeit [d]

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Abfluss [m3/s]

0 2 4 6 8 10 12 14

Zeit [d]

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Abfluss [m3/s]

0 2 4 6 8 10 12 14

Ganglinie am Transferpunkt Golaten (SSBSSC)

Szenarioganglinie am Transferpunkt Solothurn (SSCSSD) Szenarioganglinie am Transferpunkt Aarburg (SSESSF) Szenarioganglinie am Transferpunkt Stilli (SSHSSI) Null-Lauf Ganglinie am Transferpunkt Solothurn (SSCSSD) Null-Lauf Ganglinie am Transferpunkt Aarburg (SSESSF) Null-Lauf Ganglinie am Transferpunkt Stilli (SSHSSI)

Szenario 1: Verklausung des Wehrs Aarberg kombiniert mit dem hydrologischen Szenario 38 (2785-06-26)

Szenario 2: Ausfall der HW-Entlastung (n-n) kombiniert mit dem hydrologischen Szenario 38 (2785-06-26)

Szenario 3: Teilweiser Ausfall der HW-Entlastung (n-2) kombiniert mit dem hydrologischen Szenario 38 (2785-06-26)

a

b

c

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etwa 200 m³/s, Szenario 3: etwa 130 m³/s). Das Szenario 2 mit dem Totalausfall der HW- Entlastung führt somit zu der stärksten Veränderung der Ganglinie.

Bereits beim Transferpunkt Aarburg ist die Wirkung einer Flutwelle je nach hydrologi- schem Szenario stark unterschiedlich. Die Wirkung liegt bei 10–260 m³/s Erhöhung des Spitzenabflusses für das Szenario 2. In Stilli ist die Wirkung bei den meisten Szenarien nur noch gering mit einer Erhöhung des Spitzenabflusses von 10–80 m³/s für das Sze- nario 2. Abbildung 28 illustriert den Einfluss des Bauwerksversagens Aarberg auf die Abflussganglinie für ein ausgewähltes hydrologisches Szenario (Sze nario 38; 2785-06- 26). Eine übersichtliche Darstellung der Ergebnisse ist in der Resultatmappe 2, Resultat- blatt Gesamtsystemanalyse ersichtlich.

11.3.3 Breschenbildung am Hagneckkanal oberwasserseitig der Walperswil- brücke

Am Hagneckkanal kommt es ab einem Abfluss von 1950 m³/s trotz der bereits aktivier- ten linksseitigen Sollbruchstelle zum Überströmen der rechtsufrigen Dämme. Durch die starke hydraulische Belastung kann sich dabei oberwasserseitig der Walperswilbrücke eine Bresche nach rechts ausbilden.

Im Rahmen der Bauwerksanalyse wurde untersucht, wie häufig diese Kriterien erreicht werden, wenn sich die Bresche entweder infolge eines rein hydrologisch hohen Abflusses (Szenario 4) oder aufgrund eines Aufstaus infolge einer Verklausung an der Walperswilbrücke bildet (Szenario 5).

Eine rein hydrologische Breschenbildung erfolgt bei einer Überströmung mit einer Abflusstiefe von mindestens 30 cm über der Dammkrone. Dafür ist ein Abfluss von 2505 m³/s im Hagneckkanal nötig. Dieser Abfluss wird in insgesamt fünf hydrologischen Szenarien erreicht, was einer Eintretenswahrscheinlichkeit von << 1 Prozent entspricht.

Aufgrund der begrenzten Anzahl Fälle wurden sämtliche kritischen Szenarien im hydraulischen Modell des Gesamtsystems berechnet.

Die Wassermenge, die bei der Breschenbildung orographisch nach rechts entlastet wird, hat nur einen sehr geringen Einfluss auf den Spitzenabfluss der Ganglinie an den Transferpunkten flussabwärts. Denn durch den hohen Initialabfluss wird praktisch nur der absteigende Ast der Hochwasserganglinie entlastet (Abb. 29a). Am Transferpunkt Solothurn wird der Spitzenabfluss um rund 50–60 m³/s erhöht, in Aarburg sind es noch rund 40 m³/s. In Stilli ist der Effekt aus dem Szenario 4 vernachlässigbar.

Der Aufstau der verklausten Walperswilbrücke führt im Szenario 5 dazu, dass die Breschenbildung bereits bei kleineren Abflussmengen erfolgt. Diese beträgt analog wie beim Versagen der Schlüsselstelle Stauanlage Aarberg 1400 m³/s (Kap. 11.3.2). Daraus folgt, dass ebenfalls bei 239 Szenarien eine zeitliche Überlagerung der Flutwelle aus der Schlüsselstelle mit einem oder mehreren Zuflüssen erfolgen könnte. Die Flutwelle, die kombiniert mit der Verklausung der Walperswilbrücke entsteht, führt zu einer Erhöhung des Spitzenabflusses am Transferpunkt Solothurn von rund 200 m³/s. In Aarburg kann – je nach Szenario – ebenfalls eine Erhöhung von 150–200 m³/s auftreten. In Stilli gibt es nur vereinzelt Überlagerungen und die Abflusserhöhung beträgt noch rund 30 m³/s.

Eine übersichtliche Darstellung der Ergebnisse ist in der Resultatmappe 2, Resultatblatt Gesamtsystemanalyse ersichtlich.

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11.4 Bruchszenarien grosser Stauanlagen im Gesamtsystem

Die Resultate aus den statischen Berechnungen und der Zuverlässigkeitsanalyse im Rahmen von EXAR zeigen, dass das mögliche Versagen der Staumauern Schiffenen, Rossens und Mühleberg auch bei extremem hochwasserbedingtem Überstau sehr sel- tene Wahrscheinlichkeiten aufweist (Kap. 12.1.1). Somit können die Bruchszenarien der grossen Stauanlagen am ehesten einem Erdbebenereignis zugeordnet werden und es ist davon auszugehen, dass sie eine sehr kleine Auftretenswahrscheinlichkeit aufweisen (Kap. 8.2.1). Sie werden folglich nicht mit grossen Hochwasserereignissen kombiniert gerechnet, da dies zu einer vernachlässigbaren Szenarienwahrscheinlichkeit führen würde.

Damit die Versagen in Form eines Staumauer- oder Wehrbruchs an den Schlüsselstellen in einem für das Projekt relevanten Wahrscheinlichkeitsbereich bleiben (> 1E-7/Jahr), wurden die Szenarien realistischerweise mit einem deutlich kleineren Hochwasser kom-

Ganglinie am Transferpunkt Golaten (SSBSSC)

Szenarioganglinie am Transferpunkt Solothurn (SSCSSD) Szenarioganglinie am Transferpunkt Aarburg (SSESSF) Szenarioganglinie am Transferpunkt Stilli (SSHSSI) Null-Lauf Ganglinie am Transferpunkt Solothurn (SSCSSD) Null-Lauf Ganglinie am Transferpunkt Aarburg (SSESSF) Null-Lauf Ganglinie am Transferpunkt Stilli (SSHSSI)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Abfluss [m3/s]

0 2 4 6 8 10 12 14

Zeit [d]

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Abfluss [m3/s]

0 2 4 6 8 10 12 14

Zeit [d]

Szenario 4: Breschenbildung durch 30 cm Überströmen (Auslösung bei 2505 m³/s) des Dammes beim hydrologischen Szenario 38 (2785-06-26)

Szenario 5: Verklausung der Walperswilbrücke, was beim hydrologischen Szenario 38 (2785-06-26) zu einer früheren Breschenbildung führt (Auslösung bei 1400 m³/s)

Abb. 29. Vergleich der Ganglinien zwischen einem hydrologischen Hochwasserereignis ohne Bauwerksversagen und mit verschiedenen Szenarien einer Breschenbildung oberhalb der Walperswilbrücke.

a

b

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biniert. Dazu wurde an jedem Übergabepunkt das kleinste Jahresmaximum aus der Ab- flusszeitreihe von 289 000 Jahren verwendet. Dieser Abfluss entspricht etwa einem HQ1

im oberen Teil des Aare-Einzugsgebiets und etwa einem HQ2 bis HQ5 im unteren Teil des Aare-Einzugsgebiets.

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

Abfluss [m3/s]

0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120

Zeit [h]

Szenarioganglinie am Transferpunkt Golaten (SSBSSC) Szenarioganglinie am Transferpunkt Solothurn (SSCSSD) Szenarioganglinie am Transferpunkt Aarburg (SSESSF) Szenarioganglinie am Transferpunkt Stilli (SSHSSI)

Abb. 30. Ganglinien an verschiedenen Transferpunkten im Gesamtsystem nach einem Sperrenbruch der Bogenstaumauer Rossens.

Abb. 31. Maximale elementweise Fliesstiefe über den gesamten Simulationszeitraum bei einem Sperrenbruch der Bogenstaumauer Rossens.

SSY_Sperrenbruch_Rossens_Flt

Stauan lageRuppo ldinge n

Kanal Gösge n

Rutsch ungBurgst elle Stauan lageSchön enwerd

Bahnh ofbrüc keTrimba cherb rücke

Kanal Gösge nSanda ckerstr asse Kanal Gösge n

Kanal Gösge n

Subsysteme Drei-Seen-Land

Subsystem mit den BP Olten und Gösgen

Subsystem mit den BP PSI und Beznau Subsystem mit dem BP Mühleberg Maximale Fliesstiefe

< 0,5 m 0,5–1,0 m 1,0–2,0 m 2,0–4,0 m 4,0–6,0 m

6,0–8,0 m 8,0–10 m 10–15 m

> 15 m

0 2.5 5 10km

0 250500 1'000m 0 5001'000 2'000m

0 500 1'000 2'000m

(12)

11.4.1 Sperrenbruch Bogenstaumauer Rossens

Der plötzliche Sperrenbruch der Bogenstaumauer Rossens führt zu einer Flutwelle, die sich der Saane und der Aare entlang in Richtung Grosses Moos ausbreitet und dort zu grossen Überflutungen führt. Insgesamt entleert sich ein Volumen von rund 200 Mio. m³ Wasser innerhalb von wenigen Stunden. Im Mittelland bildet sich zwischen dem Hagne- ckkanal und Solothurn ein See mit Fliesstiefen von mehreren Metern.

Die Flutwelle erreicht auf der Höhe des Transferpunkts Gümmenenbrücke einen Spitzenabfluss von rund 13 500 m³/s. Unterhalb der Mündung in die Aare beträgt der Spitzenabfluss rund 12 600 m³/s (Transferpunkt Golaten; Abb. 30). Die Kapazität des Hagneck kanals (1960 m³/s) wird damit bei weitem überschritten und das Grosse Moos grossflächig überflutet.

Die hohe Dämpfungswirkung durch die Überflutungsflächen im Seeland führt zu einer Reduktion der Abflussspitze auf rund 1360 m³/s am Transferpunkt Solothurn (> HQ10 000

gemäss Tab. 6). Mit den seitlichen Zuflüssen erhöht sich der absolute Spitzenwert leicht, je weiter sich die Flutwelle flussabwärts ausbreitet, auf rund 1440 m³/s am Transferpunkt Aarburg (< HQ1000 gemäss Tab. 6) und auf rund 1760 m³/s am Transferpunkt Stilli (< HQ100

gemäss Tab. 6).

11.4.2 Sperrenbruch Bogenstaumauer Schiffenen

Ein plötzlicher Sperrenbruch der Bogenstaumauer Schiffenen führt zu einer kleineren Überflutungsfläche als der Sperrenbruch in Rossens. Durch das geringere Stauvolumen von 66 Mio. m³ wird weniger Volumen mobilisiert, wodurch die Auswirkungen im Ver- gleich zum Sperrenbruch in Rossens etwas geringer sind. Im Bereich von Büren an der Aare kann das Wasser wieder zurück in die Aare fliessen.

Der Spitzenabfluss entlang der Saane beträgt bei der Flutwelle aus dem Schiffenen- see rund 14 100 m³/s (Transferpunkt Gümmenenbrücke). Unterhalb der Saanemündung (Transferpunkt Golaten) beträgt der Spitzenabfluss über 9300 m³/s (Abb. 32). Die Kapazi- tät des Hagneckkanals (1960 m³/s) wird damit bei weitem überschritten und das Grosse Moos grossflächig überflutet (Abb. 33).

Das Grosse Moos kann das Wasser aus der Flutwelle fast vollständig puffern, was zu einer starken Dämpfung der Abflussspitze führt (rund 540 m³/s in Solothurn, < HQ100

0 2000 4000 6000 8000 10000

Abfluss [m3/s]

0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120

Zeit [h]

Abb. 32. Ganglinien an verschiedenen Transferpunkten im Gesamtsystem nach einem Sperrenbruch der Bogenstaumauer Schiffenen.

(13)

gemäss Tab. 6). Mit den seitlichen Zuflüssen erhöht sich der absolute Spitzenwert leicht, je weiter sich die Flutwelle flussabwärts ausbreitet, auf rund 650 m³/s am Transferpunkt Aarburg (< HQ100 gemäss Tab. 6) und auf rund 1000 m³/s am Transferpunkt Stilli (< HQ100

gemäss Tab. 6).

11.4.3 Kombinierte Sperrenbrüche Bogenstaumauern Rossens und Schiffenen

Ein kombinierter Sperrenbruch der beiden Bogenmauern Rossens und Schiffenen führt zur maximalen Flutwelle im Grossen Moos. Dabei wird davon ausgegangen, dass zuerst die Bogenstaumauer Rossens bricht und die in Schiffenen ankommende Flutwelle die dortige Staumauer derart belastet, dass diese ebenfalls schlagartig versagt. In einem solchen Fall ist im Bereich der Saanemündung das gesamte Tal durch die Wassermassen gefüllt. Nachdem die Aare beim Hagneckkanal grossflächig über die Ufer tritt, bildet sich ein See bis Solothurn, der weitgehend Fliesstiefen von 2 bis 4 m aufweist. Unterhalb von Solothurn führt die Flutwelle zu kleineren Austritten, so zum Beispiel auch im Be- reich des Beurteilungsperimeters Gösgen.

Die zeitlich überlagerten Sperrenbrüche füllen das Saanetal mit Fliesstiefen von 10–

15 m. Die Abflussspitze am Transferpunkt Gümmenenbrücke beträgt bei diesem Szenario 30 800 m³/s. Die daraus resultierende Überflutungsfläche im Grossen Moos vermag das austretende Wasser bis Solothurn massiv zu dämpfen (Abb. 34). Die Abflussspitze am Transferpunkt Solothurn beträgt in diesem Szenario noch 1710 m³/s (> HQ10 000 gemäss Tab. 6), was einer Dämpfung von 93 Prozent von der Abflussspitze in Golaten entspricht (knapp 25 000 m³/s). Mit den seitlichen Zuflüssen erhöht sich der absolute Spitzenwert leicht, je weiter sich die Flutwelle flussabwärts ausbreitet, auf rund 1745 m³/s am Trans- ferpunkt Aarburg (< HQ10 000 gemäss Tab. 6) und auf rund 2085 m³/s am Transferpunkt Stilli (< HQ100).

Abb. 33. Maximale elementweise Fliesstiefe über den gesamten Simulationszeitraum bei einem Sperrenbruch der Bogenstaumauer Schiffenen.

SSY_Sperrenbruch_Schiffenen_Flt

Stauan lageRuppo ldinge n Kanal Gösge nKanal Gösge nRutsch ungBurgst elle Stauan lageSchön enwerd

Kanal Gösge nSanda ckerstr asse Kanal Gösge nKanal Gösge n

< 0,5 m 0,5–1,0 m 1,0–2,0 m 2,0–4,0 m 4,0 – 6,0 m

6,0–8,0 m 8,0–10 m 10–15 m

> 15 m

0 2.5 5 10km

0 250500 1'000m 0 5001'000 2'000m

0 500 1'000 2'000m

(14)

SSY_Sperrenbruch_Rossens_Flt

Stauan lageRuppo ldinge nKanal Gösge nKanal Gösge n Rutsch ungBurgst elle Stauan lageSchön enwerd

Kanal Gösge nSanda ckerstr asse Kanal Gösge nKanal Gösge n

< 0,5 m 0,5 – 1,0 m 1,0 – 2,0 m 2,0 – 4,0 m 4,0 – 6,0 m

6,0 – 8,0 m 8,0 – 10 m 10 – 15 m

> 15 m

0 2.5 5 10km

0 250 500 1'000m 0 5001'000 2'000m

0 500 1'000 2'000m

Abb. 35. Maximale elementweise Fliesstiefe über den gesamten Simulationszeitraum bei einem Sperrenbruch der Bogenstaumauer Rossens mit anschliessendem Bruch der Bogenstaumauer Schiffenen.

0 2500 5000 7500 10000 12500 15000 17500 20000 22500 25000

Abfluss [m3/s]

0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120

Zeit [h]

Abb. 34. Ganglinien an verschiedenen Transferpunkten im Gesamtsystem nach einem kombinier- ten Sperrenbruch der Bogenstaumauern Rossens und Schiffenen.

(15)

11.4.4 Sperrenbruch Gewichtsmauer Mühleberg

Die Flutwelle eines Sperrenbruchs der Gewichtsmauer Mühleberg führt zu einer grossen Überflutung im Aaretal zwischen dem Wohlensee und Aarberg (Abb. 36 und 37), wo es auch zu einem Rückstau ins Saanetal bis ungefähr zur Gemeinde Marfeldingen kommt.

Die Flutwelle führt jedoch nur zu einer geringen Überflutungsfläche im Grossen Moos und kann praktisch vollständig im Gerinne abgeführt werden. Der Abfluss im Hagneck-

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000

Abfluss [m3/s]

0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120

Zeit [h]

Abb. 36. Ganglinien an verschiedenen Transferpunkten im Gesamtsystem nach einem Sperrenbruch der Gewichtsstaumauer Mühleberg.

SSY_Sperrenbruch_Mühleberg_Flt

Stauan lageRuppo ldinge n Kanal Gösge nKanal Gösge nRutsch ungBurgst elle Stauan lageSchön enwerd

Kanal Gösge nSanda ckerstr asse

Kanal Gösge n

< 0,5 m 0,5–1,0 m 1,0–2,0 m 2,0–4,0 m 4,0–6,0 m

6,0–8,0 m 8,0–10 m 10–15 m

> 15 m

0 2.25 4.5 9km

0 250 500 1'000m 0 5001'000 2'000m

0 500 1'000 2'000m

Abb. 37. Maximale elementweise Fliesstiefe über den gesamten Simulationszeitraum bei einem Sperrenbruch der Gewichtsmauer Mühleberg.

(16)

kanal ist aber so gross, dass die Sollbruchstelle ausgelöst und ein Teil des Wassers entlastet wird.

Der Spitzenabfluss am Transferpunkt Golaten ist mit 2653 m³/s grösser als die Dimen- sionierungskapazität des Hagneckkanals (1960 m³/s). Durch die anschliessende Dämp- fung der Flutwelle zwischen der Stauanlage Niederried und der Stauanlage Aarberg kann die Abflussspitze zusätzlich reduziert werden. Dadurch gelingt es, das Wasser der Flutwelle fast vollständig durch den Hagneckkanal in den Bielersee abzuleiten. Die kritische Abflussmenge für das Auslösen der Sollbruchstelle wird jedoch erreicht, wodurch ein kleiner Retentionsraum westlich des Hagneckkanals aktiviert wird.

11.4.5 Sperrenbruch Stauwehr Wettingen

Die Flutwelle nach einem Sperrenbruch an der Stauanlage Wettingen kann im Limmat- tal grösstenteils ohne Überflutungsflächen abgeführt werden. Im Mündungsbereich der Limmat kommt es zu grösseren Austritten. Im Anschluss fliesst das Wasser ohne nen- nenswerte Austritte in Richtung Beznau. Dort wurde – als Szenario – davon ausgegangen, dass die Hochwasserentlastung wegen der kurzen Reaktionszeit nicht in Betrieb genommen werden kann. Dies führt zu einer Überflutung der Beznau-Insel, wobei die Fliesstiefen grösstenteils weniger als 0,5 m betragen.

Der Sperrenbruch Wettingen führt zu einer Flutwelle, die unmittelbar unterhalb des Wehrs einen maximalen Abfluss von 8110 m³/s erreicht. Die Flutwelle reduziert sich innerhalb von wenigen Kilometern auf rund 2600 m³/s in Baden und auf rund 1840 m³/s beim Transferpunkt Stilli (< HQ100 gemäss Tab. 6). Das Gerinne kann diese Abflussmen- ge aufnehmen, was zu einer Verringerung der Dämpfungswirkung führt. Oberhalb des Wehrs Beznau beträgt die Abflussspitze knapp 1800 m³/s (Abb. 38).

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Abfluss [m3/s]

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Zeit [min]

Szenarioganglinie unterhalb des Wehrs Wettingen Szenarioganglinie oberhalb des Kraftwerks Kappelerhof Szenarioganglinie am Transferpunkt Stilli (SSHSSI) Szenarioganglinie oberhalb des Wehrs Beznau

Abb. 38. Ganglinien an verschiedenen Stellen im Gesamtsystem nach einem Sperrenbruch des Stauwehrs Wettingen

(17)

Abb. 39. Maximale elementweise Fliesstiefe über den gesamten Simulationszeitraum bei einem Sperrenbruch des Stauwehrs Wettingen, kombiniert mit einem Ausfall der HW-Entlastung (n-n) bei der Stauanlage Beznau.

SSY_Sperrenbruch_Wettingen_Flt

Subsysteme Limmat- und Aaretal

Subsystem mit dem BP Beznau

Maximale Fliesstiefe

< 0,5 m 0,5–1,0 m 1,0–2,0 m 2,0–4,0 m 4,0–6,0 m

6,0–8,0 m 8,0–10 m 10–15 m

> 15 m

0 125 250 500m

0 0.5 1 2km

(18)

11.4.6 Sequenzielle Wehrbrüche zwischen dem Bielersee und Aarburg

Als weiteres Szenario wurden sequenzielle Brüche der Stauanlagen entlang der Aare untersucht. Es wurde angenommen, dass die Stauanlagen durch ein vorgängiges Erd- beben mit einer jährlichen Eintretenswahrscheinlichkeit von 1E-4 beeinträchtigt wurden.

Dieses Flutwellenszenario wurde bereits in einer früheren Studie untersucht und wurde im Rahmen des Projekts EXAR verifiziert.

In der Studie «Hochwassergefährdung durch Wehrbrüche an der Aare» (AF-Consult Switzerland AG und TK Consult AG 2013) wurde das Szenario mit sequenziellen Wehr- brüchen (Kaskadenbrüchen) an der Aare (Wehr Port bis Wehr Winznau) mit dem mittle- ren Basisabfluss (Qm) in der Aare als massgebendes Szenario für die Flutwelle in Gös- gen identifiziert.

Dieses Szenario wurde mit dem flächendeckenden EXAR-2D-Modell nachgerechnet.

Aufgrund der grossen Datenmenge konnte – im Vergleich zur früheren Studie – nur alle zwei Minuten ein Zeitschritt ausgeschrieben werden, wodurch die absoluten Spitzen- abflüsse unmittelbar unterhalb der Kraftwerke nicht abgebildet werden konnten. Die Ganglinie im Bereich des Beurteilungsperimeters Gösgen (hellviolett in Abb. 40) ist jedoch bereits genügend lang, weshalb der maximale Abflusswert mit diesem Zeitinter- vall erfasst wird.

Der zu erwartende Spitzenabfluss beim Kernkraftwerk Gösgen beträgt zwischen 1400 und 1500 m³/s. Im Vergleich dazu lieferte die Studie aus dem Jahr 2013 den Wert von 1790 m³/s (AF-Consult Switzerland AG und TK Consult AG 2013). Als Grund für die Ab- weichungen zwischen den beiden Berechnungen sind Unterschiede in der Handhabung der Versagensszenarien an den Bauwerken zu vermuten. In der Studie von 2013 wurde angenommen, dass sowohl das Wehr als auch das Kraftwerk plötzlich brechen, sofern die Anlagen am selben Ort sind. In der vorliegenden Nachrechnung wurde lediglich ein plötzlicher Bruch der Wehranlage angenommen.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

Abfluss [m³/s]

Transferpunkt Solothurn (GEWISS km 94,700)

Unterhalb Stauanlage Flumenthal (GEWISS km 89,800) Unterhalb Stauanlage Bannwil (GEWISS km 78,200) Unterhalb Stauanlage Wynau (GEWISS km 72,600) Unterhalb Stauanlage Ruppoldingen (GEWISS km 61,100) Transferpunkt Aarburg (GEWISS km 59,200)

Unterhalb Wehr Winznau (GEWISS km 52,500) Beurteilungsperimeter Gösgen (GEWISS km 47,800)

1 3 5 7 9 11 13 15

Zeit [h]

1422 m³/s

Abb. 40. Abflussganglinien unterhalb der Kraftwerke entlang der Aare zwischen Port und dem Kernkraftwerk Gösgen (zeitliche Auflösung 2 min) für das Szenario «Sequenzielle Wehr- brüche» mit mittlerem Basisabfluss (Qm) in der Aare.

(19)

11.5 Diskussion der Gesamtsystemanalyse

Von den 421 betrachteten Analysestandorten wurden sechs definiert, die erhöhte Abflüs- se im Vergleich zu einem Nulllauf ohne Versagen am unterhalb liegenden Transferpunkt aufweisen.

Für die Beurteilungsperimeter unterhalb des Bielersees muss je nach Szenario mit etwas höheren Abflussspitzen gerechnet werden. Die Berechnungen haben gezeigt, dass zum Beispiel beim Versagen der HW-Entlastungen bei der Stauanlage Aarberg (n-n) am Transferpunkt Aarburg mit 10–260 m³/s Erhöhung des Spitzenabflusses gerechnet werden muss, beim Transferpunkt Stilli sind es noch 10–80 m³/s (abhängig vom gewählten Hochwasserereignis für die Simulationen). Bei einer Breschenbildung am Hagneckkanal ist in Kombination mit einem Aufstau infolge Verklausung an der Walperswilbrücke am Transferpunkt Aarburg mit 150–200 m³/s und in Stilli mit 30 m³/s Erhöhung des Spitzen- abflusses zu rechnen. Bei diesen Szenarien mit den hydraulisch bedingten Bauwerks- versagen ist die Anzahl der Hochwasserereignisse, bei denen ein Versagen ausgelöst werden kann, zu klein, um in den Überschreitungskurven eine massgebliche Verschie- bung der Wahrscheinlichkeiten zu bewirken. Bei den Versagensszenarien der Stauanlage Aarberg sowie für die Breschenbildung am Hagneckkanal durch eine Verklausung der Walperswilbrücke wurden 239 kritische Ereignisse ermittelt, beim Szenario einer (rein hydrologischen) Breschenbildung am Hagneckkanal waren es insgesamt fünf.

Die Berechnungen der Sperrenbrüche (Sperrenbruch Mühleberg, Rossens, Schiffe- nen und kombinierte Sperrenbrüche) zeigten, dass die Abflussspitzen bis zu den Trans- ferpunkten Aarburg und Stilli stark gedämpft werden. Der kombinierte Sperrenbruch der Stauanlagen Rossens und Schiffenen führte zum Beispiel zu 1745 m³/s Spitzenabfluss am Transferpunkt Aarburg. Die Spitzenabflüsse, die oberwasserseitig der Beurteilungs- perimeter Olten, Gösgen, PSI und Beznau durch die Sperrenbrüche verursacht werden, sind somit kleiner als jene der Ganglinien, die für die Analyse der Gefährdung in den Be- urteilungsperimetern ausgewählt wurden (Kap. 5.5 sowie 12.2, 13.2, 14.2, 15.2 und 16.2).

Einzig beim Beurteilungsperimeter Mühleberg führen die Sperrenbrüche in Rossens, Schiffenen und Mühleberg zu sehr hohen Abflüssen. Diese Szenarien wurden somit bei der Analyse des Beurteilungsperimeters Mühleberg genauer betrachtet (Kap. 12.3.3).

Die Sperrenbrüche von Rossens und Schiffenen sind dabei vor allem in Bezug auf den Rückstau, resp. die Seebildung im Bereich der Saanemündung von Interesse.