Publikationen und Vorträge

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.

Renaturierungsprojekt Die Kander floss unterhalb des Zusammenflusses mit der Simme in einem stark verbauten Gerinne. Mit Buhnen war der Fluss in ein enges und kanalähnliches Gerinne gezwungen. Die Kander unterlag einer starken Erosionstendenz. Die auentypischen Lebensräume waren weitgehend verschwunden und die bestehenden Sperrenbauten oberstrom waren durch die tiefe Sohlenlage gefährdet. Lediglich im unteren etwas breiteren Abschnitt teilte sich der Abfluss bei Niederwasser in mehrere Arme auf und umfloss einzelne stationäre Kiesbänke. In den Wintern 2004/2005 und 2005/2006 wurden auf rund 1300 m Länge die Ufersicherungen entfernt und das Gerinne von 30 m auf 60 m aufgeweitet. Die Sohle wurde beim Zusammenfluss von Kander und Simme um rund 2 m angehoben und mit einer aufgelösten Blockrampe gesichert. Die Hauptziele des Renaturierungsprojektes waren die Wiederherstellung der auentypischen Abfluss- und Geschiebedynamik mit einer selbsttätigen Verbreiterung durch Seitenerosion sowie die Stabilisierung der Sohle und damit Sicherung der flussaufwärts liegenden Sperrentreppen (Spycher & Künzi, 2002). Ziele der Erfolgskontrolle Die Wirkung des Projektes und der fortlaufende Renaturierungsprozesses sollen mit Hilfe eines flussmorphologischen Monitorings dokumentiert werden. Zudem soll der Erfolg des Projektes quantifiziert werden. Dazu wurde eine Methodik angewandt, welche erst kürzlich im Rahmen des Rhone-Thur-Projektes entwickelt worden war (Woolsey et al., 2005). Die Kander in der Augand ist somit eines der ersten grösseren Gewässer, bei welchem die Methode angewandt wird. Methodik Verschiedene Indikatoren dienen als Werkzeuge zur qualitativen und quantitativen Charakterisierung der Projektziele. Für die Erfolgskontrolle der Kander wurden Indikatoren herangezogen, welche den Geschiebehaushalt, die Überflutungsdynamik, die hydraulische Variabilität, die Sohlenstruktur, die Uferstruktur und -länge sowie die Stabilität der Blockrampe bewerten. Sie werden jeweils im Zustand vorher und nachher untersucht und miteinander verglichen. Ergebnisse Der Erfolg des Renaturierungsprojektes wird qualitativ als sehr gross beurteilt. Die Kander in der Augand zeigt heute ein vielfältiges, verzweigtes Gerinne. Auch die aufgelöste Blockrampe kann als erfolgreiches Bauwerk bezeichnet werden. Zwischen den beiden Bauetappen wurde die kurz vorher fertig gestellte Blockrampe mit dem ausserordentlichen und lang andauernden Hochwasser vom August 2005 belastet. Die Rampe hat elastisch reagiert und trotz der hohen Belastung nicht versagt. Die quantitative Bewertung des Renaturierungsprojektes nach der verwendeten Methode ist strenger. Einige Indikatoren wurden zusätzlich mit einer alternativen Auswertungsmethode plausibilisiert. Der Ausgangszustand konnte in einzelnen Indikatoren nicht zufrieden stellend rekonstruiert werden. Das Gesamtprojekt fällt in die mittlere von drei Verbesserungskategorien (kleiner, mittlerer und grosser Erfolg). In den einzelnen Projektzielen werden je nach Auswertungsmethode und Wahl der Indikatoren kleine bis mittlere Erfolge erzielt. Schlussfolgerung Die Erfolgskontrolle des Ausgangszustandes und der Erhebung 1 ist eine erste Beurteilung. Einige wichtige Indikatoren, welche die Dynamik beschreiben, können erst mit einer weiteren Erhebung beurteilt werden. Zudem ist der Renaturierungsprozess in der Augand noch nicht abgeschlossen. Die Uferlinie und Sohlenstrukturen verändern sich bei jedem Hochwasser und das Flussbett wird sich durch Seitenerosion noch weiter verbreitern. Mit weiteren Erhebungen kann der fortlaufende Renaturierungsprozess dokumentiert und untersucht werden. Literaturhinweis Spycher E. & Künzi R. (2002): Mit moderner Hydraulik Auenbeschluss erwirken. Int. Symposium Moderne Methoden und Konzepte im Wasserbau, 7.-9. Okt. 2002, Mitteilung der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie, 174, Zürich, 133-140. Woolsey, S., Weber, C., Gonser, T., Hoehn, E., Hostmann, M., Junker, B., Roulier, C., Schweizer, S., Tiegs, S., Tockner, K., Peter, A. (2005): Handbuch für die Erfolgskontrolle bei Fliessgewässerrevitalisierungen. Publikation des Rhone-Thur Projektes. Eawag, WSL, LCH-EPFL, VAW-ETHZ. 112 pp.

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»

Die Auen des Brenno im Valle di Blenio (Kanton Tessin) gehören zu den wenigen verbleibenden Auenlandschaften in der Schweiz welche noch eine natürliche Dynamik aufweisen. Die morphologische Entwicklung folgt einem Schema, welches als Schema von "Trend und Störung" bezeichnet werden kann. Die seltenen, extremen Ereignisse (Hochwasserereignisses von 1925, 1987 und 1993) spielen dabei die Rolle einer Störung. Das Flussbett wird durch Geschiebeablagerungen vollkommen umgestaltet. Es entsteht ein breites, dynamisches verzweigtes Gerinne mit neuen Uferanrissen und neuen freien Kiesflächen. Nach einer solchen Störung bestimmt eine Periode mit kleineren Hochwasserspitzen die morphologischen Veränderungen. Die kleineren Ereignisse vermögen weniger Geschiebe aus dem Einzugsgebiet zu mobilisieren und führen daher tendenziell zu einer Erosion der Flusssohle in den bestehenden Teilgerinnen, und schließlich zur Stagnation des Gewässerbettes. Mit der Eintiefung verändern sich auch andere Parameter wie benetzte Breite oder Grundwasserspiegel, welche für die Entwicklung der Aue als Lebensraum von Bedeutung sind. Die Entwicklung der Auen im Valle di Blenio werden durch anthropogene Tätigkeiten beeinflusst: Die Nieder und Mittelwasserabflüsse und z.T. auch die Hochwasserabflüsse sind durch Wasserkraftnutzung vermindert. Hochwasserschutzmaßnahmen im Einzugsgebiet vermindern den Geschiebeeintrag und Uferverbauungen entlang des Gerinnes reduzieren die für die Dynamik verfügbare Fläche. Wie stark ist der Einfluss dieser Tätigkeiten auf den Lebensraum Aue? Mit welchen Maßnahmen lässt sich ein Maximum an natürlicher Dynamik langfristig erhalten? Dieser Fragenkomplex wurde im Rahmen eine umfassenden Studie über die Auen im Bleniotal behandelt. Neben Fauna und Flora, Hochwasserhydrologie, Niederwasser und Grundwasserhydraulik wurde der Sedimenttransport und die Flussmorphologie eingehend untersucht. Der Vortrag fasst die Ergebnisse zu diesem Fachbereich zusammen.