Publikationen und Vorträge

Seit der II. Juragewässerkorrektion und dem Bau der Kraftwerke Flumenthal und Bannwil hat die Geschiebeführung der Aare stark abgenommen. Das resultierende Geschiebedefizit führte zu einer massiven Beeinträchtigung des aquatischen Lebensraums. Auf Basis einer Machbarkeitsstudie beschlossen die Kantone Bern und Solothurn, den Geschiebehauhalt der Aare zwischen Flumenthal und Murgenthal zu reaktivieren. Die Kernstücke der Massnahmen bilden zwei Kiesschüttungen in Deitingen und Aarwangen im Jahr 2005 mit einem Schüttvolumen von 12´000 m3, resp. 10´000 m3. Die Schüttungen wurden im Laufe der Zeit von der Aare teilweise erodiert und der Kies flussabwärts abgelagert. Dies wurde mittels periodisch statt findender Vermessung der Kiesschüttungen, weiterer Kontrollprofile sowie durch ein morphologisches Monitoring bei Wolfwil-Wynau dokumentiert. Als Indikator für die Wirkung dieser Kiesschüttungen auf den ganzen „Lebensraum Aare“ wurden die kieslaichenden Fischarten gewählt. Die Resultate der Äschenlarven-Kartierungen in mehreren Kontrollstrecken sind ermutigend, der Fortpflanzungserfolg der Äschen war unterhalb der Kiesschüttungen um ein Vielfaches grösser als im Ausgangszustand vor den durchgeführten Schüttungen.

Das Hochwasser vom 8. August 2009 am Auer-, Dürren- und Kobelwiserbach führte zu Verklausungen, Ufererosionen, Ausuferungen und Übersarungen auf den Schwemmkegeln mit Gesamtschäden von 7.5 – 8.0 Mio Fr. Die Wiederkehrperiode des Ereignisses liegt im Bereich von 100 – 200 Jahren. Am Auerbach sind die Schäden auf ausserordentlich grosse Schwemmholz- und Geschiebefrachten zurückzuführen, welche die Kapazität der bestehenden Rückhalteräume überstieg. Am Dürrenbach wurde eine Bachschale zerstört, infolgedessen unterliegende Brücken vollständig verklausten und das Gerinne mit Geschiebe aufgefüllt wurde. Am Kobelwiserbach waren die Schäden vergleichsweise gering. Die in den Gefahrenkarten ausgewiesenen Flächen stimmen meist ganz gut mit dem eingetretenen Ereignis überein und bilden somit eine gute Grundlage für die Prävention.

Durch die hohen Abflüsse und teilweise sehr hohen transportierten Feststofffrachten während des Hochwassers im August 2005, kam es in der Schweiz an vielen Orten zu grossen Schäden durch Überschwemmungen, Übersarungen oder Murgänge. Hohe Feststofftransporte in Form von Geschiebe und Schwemmholz traten hauptsächlich in den Bergregionen auf. Die grösseren Flüsse des Schweizer Mittellandes wiesen hohe Abflüsse auf; der Geschiebetransport spielte dort eine geringere Rolle. An vielen Stellen reichte die Gerinnekapazität nicht mehr aus, um die auftretenden Abflüsse innerhalb des Bachbettes abzuführen. Die beobachteten Geschiebefrachten sind ab Gerinnegefällen von mehr als 5% deutlich geringer als die mit einer einfachen Geschiebetransportformel berechneten Werte. Mögliche Gründe dafür sind bedeutende Formverluste, welche die für den Geschiebetransport verfügbare Abflussenergie vermindern, sowie eine beschränkte Geschiebeverfügbarkeit in steileren Gerinnen.

The flood events of August 2005 in Switzerland were associated with high water discharges and very high transported sediment loads in some channel reaches. This caused large damage in many places due to flooding, sediment deposition, debris flows, and woody debris. High sediment transport occurred primarily in mountain regions where intense bank and channel bed erosion was observed, and where deposition of sediment and woody debris also occurred outside of the channel. The larger rivers of the Swiss plateau had high flow discharges but sediment transport played only a minor role. In many places the channel conveyance capacity was too small in comparison to the high discharges. For channel reaches steeper than about 5% observed bedload volumes are significantly smaller than values calculated with a simple bedload transport equation. Possible reasons for this discrepancy are large form resistance losses, which reduce the flow energy available for sediment transport, and limited sediment availability in steeper streams.

Das Unwetter vom 20. – 22. August 2005 hat grosse Teile der Alpennordseite betroffen, unter anderem auch das Diemtigtal im Berner Oberland (Schweiz). Die Chirel, welche das Tal entwässert, verwandelte sich in einen tobenden Wildfluss und gestaltete das Tal stark um. Im Unterlauf hat sich der Fluss den ganzen Talboden zurückerobert und auf dem Kegel grosse Mengen an Geschiebe abgelagert. Dabei wurden Teile des Dorfes Oey stark beschädigt und die Strasse ins Diemtigtal auf weite Strecken zerstört. Mit Hilfe einer lokalen, lösungsorien-tierten Ereignisanalyse (LLE) wurden sehr rasch Grundlagen erarbeitet, die in die Planung von Not- und Wiederherstellungsmassnahmen einflossen. Die LLE lieferte Angaben zur statis-tischen Einordnung des Ereignisses, den massgebenden Geschiebelieferungs- und Geschiebetransportprozessen und daraus abgeleitet die massgebenden Gefahrenprozesse. Basierend auf diesen Daten wurde ein Massnahmenkonzept für das betroffene Gebiet erarbeitet.

The floods of August 20-22, 2005 affected large areas of the northern ridge of the Alps, among others the Diemtigtal Valley in the Bernese Oberland (Switzerland). The River Chirel that drains the valley, became a ravaging torrent and remodelled the valley heavily. In it's lower reach, the river covered the bottom of the valley on its entire width and on the fan it deposited large amounts of solids. Parts of the village Oey were seriously damaged and the access road to the Valley was destroyed to a large extent. A local, solution-oriented event analysis set the basis for the planning and implementation of emergency and recovery meas-ures. The analysis was elaborated in very short terms and consisted of a statistical evaluation of the event, the determination of relevant parameters for bed load mobilisation and transport and the evaluation of hazard processes. The data was used to elaborate a comprehensive con-cept of flood protection.

Die Geschiebeführung im Hochrhein und der Aare wurde durch den Bau von Wasserkraftwerken und Geschiebesammlern auf einen Bruchteil der Verhältnisse im natürlichen Zustand reduziert. Das damit ausgelöste Geschiebedefizit führte in den ungestauten Flussabschnitten zu einer Eintiefung, Ausräumung, Abpflästerung und Kolmation der Gewässersohle. Aufgrund dieser veränderten Lebensraumbedingungen ist die Fortpflanzung kieslaichender Fischarten stark beeinträchtigt oder verunmöglicht. Ebenso beeinträchtigt werden die in der Gewässersohle lebenden Insektenlarven. Damit die Lebensraumverhältnisse im Hochrhein und der Aare wieder verbessert werden können, sind Bestrebungen im Gange, den Geschiebehaushalt zu reaktivieren. In den Kantonen Bern und Solothurn werden Kiesbänke geschüttet, die bei Hochwasserabfluss erodiert werden, im Kanton Aargau sollen Geschiebesammler zukünftig nicht mehr geleert werden und am Hochrhein läuft ein Pilotprojekt mit künstlichen Kiesschüttungen. Erste Beobachtungen an der Aare zeigen eine Zunahme des Fortpflanzungserfolgs der Äsche.

ranskarpatien liegt ganz im Westen der Ukraine und gilt als die ärmste Region des Landes. Die Region kann topographisch und klimatisch durchaus mit den schweizerischen Berggebieten verglichen werden. In den Jahren 1998 und 2001 wurde sie von schweren Hochwasserereignissen heimgesucht. Allein 2001 waren 25'000 Häuser von der Flut betroffen. Die zahlreichen unterbrochenen Verkehrsverbindungen können noch heute oftmals nur mit Mühen befahren werden. Seit Oktober 2000 leistet die Direktion für Entwicklung und Zusammenarbeit der DEZA deshalb finanzielle und beratende Unterstützung bei der Hochwasserprävention. Die bedeutendsten, in diesem Zeitraum abgewickelten Projekte sind: · Deichbauten in Vishkove und Zarichja: Erstellung von Hochwasserschutzdeichen zum Schutz der Dörfer Vishkove und Zarichja an den Flüssen Theiss und Borshava. Sicherung des Deiches gegen Gerinneverlagerung in der stark verzweigten Theiss. · Ufersicherung in Rakhiv: Sofortmaßnahmen und definitiver Uferschutz für das Industrie- und Gewerbeviertel der Stadt Rakhiv am Oberlauf der Theiss. Erarbeiten von Projektierungsgrundlagen (Querprofilvermessung, Monitoring). · Pilotprojekte Gewässerunterhalt: Schaffung von lokalen Strukturen auf der Ebene der Gemeinde für den "kleinen Unterhalt", Ausbildung von Fachkräften in ingenieurbiologischer Bauweise, Ausrüstung mit Werkzeugen und Kleingeräten. Die ukrainischen Ansätze zur Projektierung, Finanzierung und Ausführung eines Präventionsprojektes unterscheiden sich stark von denjenigen in der Schweiz. Sie sind geprägt vom politischen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Umfeld in der Ukraine. Politik: Die zentralistischen Strukturen konzentrieren die Budgethoheit in Kyiv. Auf regionaler und lokaler Ebene gibt es nur geringe finanzielle Möglichkeiten. Die bürokratischen Abläufe erschweren zudem eine kurzfristige Reaktion auf veränderte Randbedingungen. Wirtschaft: Die Ukraine, einst Kornkammer der Sowjetunion, leidet seit ihrer Unabhängigkeit unter einer schweren Wirtschaftskrise. Transkarpatien ist dabei die ärmste ukrainische Region, die vor allem land- und forstwirtschaftlich geprägt ist. Der Staat, und damit der öffentliche Bausektor, leiden unter chronischen Budgetdefiziten und mangelnder Liquidität für dringend notwendige Investitionen. Bevölkerung: Die Bevölkerung in Transkarpatien leidet unter der Mangelwirtschaft. Armut und Arbeitslosigkeit sind weit verbreitet. Die Notwendigkeit von Präventionsprojekten wird zwar anerkannt, wird aber in den Verantwortungsbereich des Staates verschoben. Projektierung: Bauvorhaben der öffentlichen Hand werden von staatlichen Projektierungsinstituten mit Monopolstellung projektiert. Ideen, Informationen und Know-how werden nur spärlich ausgetauscht. Oft weiß das linke Ufer nicht, was am rechten Ufer gebaut wird und Umgekehrt. Die fachlichen Kompetenzen liegen eindeutig bei Wasserbauten im Tiefland (welches 95 % des ukrainischen Territoriums abdeckt). Wegen der schleppenden Finanzierung kommt die Ausführung von Bauprojekten oftmals nur etappenweise und schleppend voran. Die meist staatlichen oder halbstaatlichen Unternehmungen leiden ebenso unter dem chronischen Finanzknappheit wie ihre Auftraggeber. Präventionsprojekte haben deshalb einen schweren Stand. Große und kleine Projekte scheitern in der Regel an der fehlenden Finanzierung. Für einen Gewässerunterhalt auf lokaler Ebene, welcher auch mit geringem finanziellen Einsatz geleistet werden könnte, fehlen die notwendigen Strukturen. Die DEZA reagiert auf diese Umstände mit Präventionsprojekten, welche drei Aktionslinien beinhalten: · Know-how-Transfer: Verstärkung des fachspezifischen Know-hows für den Wasserbau in Gebirgsflüssen und für ingenieurbiologische Bauweisen. · Finanzhilfe, Hardwarehilfe: finanzielle Unterstützung von Bauvorhaben und Projektierungen, Lieferung von Schreitbaggern und Kleingeräten für den Gewässerunterhalt. · Capacity building: Stärkung der Verwaltung auf verschiedenen staatlichen Ebenen und Unterstützung bei der Abwicklung von Projekten (Projektmanagement, Finanzrevision).

Ziele Seit Beginn der 1990er Jahre werden Gerinneaufweitungen als wasserbauliche Maßnahme gebaut. Mit der Aufweitung des Flussbettes verfolgt man i.d.R. eines oder mehrere der folgenden Ziele: · Sohlensicherung: die fortschreitenden Sohlenerosion in den schmalen kanalisierten Gerinnen soll gebremst werden. Damit soll der Bau neuer Schwellen vermieden werden oder bestehende Schwellen durch Aufweitungen ersetzt werden. · Struktur der Sohle: Die Bildung von Kiesbänken und Kolken erhöht die Variabilität der Strömungsverhältnisse und damit die Variabilität der Habitate im Gerinne. · Dynamische Ufer: Die (beschränkte) Erosion des Ufers soll neue Lebensräume an der Grenze zwischen dem terrestrischen und dem aquatischen Bereich schaffen. Durch Kiesbänke gebildete Flachufer sollen die Zugänglichkeit erhöhen. · Geschiebebewirtschaftung: Eine Gerinneaufweitung erleichtert die Entnahme von Kies zur Geschiebebewirtschaftung in einem Gewässer. · Erholung: Kiesbänke, flache Ufer und Zonen mit geringer Strömungsgeschwindigkeit sollen das Gewässer als Erholungsraum erlebnisbar machen. Prozesse Wird ein kanalisiertes Gerinne aufgeweitet, laufen im wesentlichen die folgenden Prozesse ab: · lokale Sohlenhebung: Abflusstiefe und Fließgeschwindigkeit sind im breiten Abschnitt geringer als im kanalisierten. Aus Gründen der Kontinuität und der Energieerhaltung landet die Sohle auf, bis die Energielinie in der Aufweitung mindestens auf der Höhe der Energielinie im Unterwasser zu liegen kommt. Es bildet sich ein lokaler Versatz der Sohle zwischen dem breiten und dem schmalen Gerinne. Wegen der lokalen Sohlenhebung liegen Nieder- und Mittelwasserspiegel in der Aufweitung höher als im schmalen Gerinne (-> Grundwasserspiegel). Die Wasserspiegel bei großen Hochwassern liegen hingegen tiefer. (Es sei denn, die Sohle werde durch das größere Längsgefälle zusätzlich markant angehoben). · neues Gleichgewichtsgefälle: Mit zunehmender Flussbettbreite nimmt die Transportkapazität in einem Gerinne ab. Bei gleichem Geschiebeeintrag ist das Gleichgewichtsgefälle in einem breiten Gerinne größer als in einem schmalen Gerinne. In einer langen Aufweitung wirkt sich das größere Gefälle auf die Sohlenlage im Oberwasser der Aufweitung aus. · Bankstrukturen: In Abhängigkeit vom Verhältnis Flussbettbreite zu Abflusstiefe sowie Abflusstiefe zu Korndurchmesser bilden sich unterschiedliche Gerinneformen aus. In den kiesführenden Flüssen der Alpen und des Alpenvorlandes ist die Verzweigung die charakteristische Gerinneform, wenn ein kanalisierter Fluss aufgeweitet wird. · Kolk bei der Verengung: Beim flussabwärts liegenden Ende der Aufweitung wird die Strömung konzentriert und ins ursprüngliche Gerinne umgelenkt. Dies führt lokal erheblichen Kolktiefen, weshalb die Ufersicherung in diesem Bereich entsprechend tief fundiert werden muss. · Geschieberückhalt: Der Geschieberückhalt durch die lokale Sohlenhebung führt zu einem vorübergehenden Geschiebedefizit im Unterwasser und dort unter Umständen zu einer Sohlenerosion. Hindernisse Weshalb können die obengenannten Ziele nicht immer erreicht werden? Welche Hindernisse ergeben sich aufgrund von planerischen oder naturräumlichen Gegebenheiten? · Raumbedarf: Der notwendige Raum für eine große (lange) Flussaufweitungen ist nicht immer gegeben. Als Folge dessen werden oftmals kurze Aufweitungen realisiert. In kurzen Aufweitungen verändert sich die Sohle wenig (geringe morphologische Dynamik) und die Auswirkung eines steileren Gefälles im Oberwasser ist bescheiden. · Uferschutz: Wegen der Querströmungen und Kolke ist die Belastung von Uferschutzbauten größer als in einem gestreckten Gerinne mit ebener Sohle. Ufersicherungen sind deshalb grundsätzlich aufwändiger als in kanalisierten Gerinnen. · Sohlenerosion im Unterwasser: Der Geschieberückhalt in einer Aufweitung bewirkt ein Defizit im Unterwasser. Je größer das in der Aufweitung zurückgehaltenen Geschiebe im Verhältnis zur jährlichen Fracht ist, desto stärker wirkt sich das auf die Sohle im Unterwasser aus. Der Effekt der Sohlenhebung im Oberwasser – erreicht dank größerem Längengefälle – kann damit zunichte gemacht werden. Dieser Effekt wird häufig dadurch verstärkt, dass das Kies der Aufweitung verkauft wird, um die Maßnahme zu finanzieren. Damit wird dem unter Geschiebemangel leidenden Gewässer noch mehr Kies entzogen. · Geringer Geschiebeeintrag: Nach der Realisierung der Aufweitung stellt sich oft ein intensives Verzweigungsmuster ein, welches mit der anfänglichen Ablagerungstendenz verbunden ist. Bei geringem Geschiebeeintrag verändert sich die Morphologie und es entsteht ein dominantes Einzelgerinne. Dieses ist relativ schmal, stabil und hat ein geringeres Längsgefälle als ein verzweigtes Gerinne mit der gesamten zur Verfügung stehenden Flussbettbreite. · Erwartungen: Der Erfolg von Gerinneaufweitungen misst sich an den Erwartungen, die an sie gestellt werden. Unter Umständen sind die Erwartungen nicht den naturräumlichen Gegebenheiten (Hydrologie, Geschiebeaufkommen, Morphologie) angepasst. Chancen Mit Flussaufweitungen können ökologische und flussbauliche Ziele erreicht werden, wenn die folgenden Grundsätze beachtet werden: · Dem Fluss Raum geben, wo immer möglich · Möglichst lange, zusammenhängende Strecken aufweiten · Von unten nach oben bauen (Geschieberückhalt) · Uferdynamik tolerieren · Kies im Fluss belassen · Keine Kiesbänke «nach Plan»