Wasser & Energie

 

Wasser & Energie

Neue Dynamik für einen Restwasserbach

Künstliche Hochwasser am Spöl (Engadin, Graubünden, Schweiz)

Am frühen Morgen des 5. Juli 2001 plätschert der Gebirgsbach Spöl wie immer klar und gemütlich durch den Schweizerischen Nationalpark in Graubünden. Plötzlich, innerhalb weniger Minuten, wird er jedoch zu einem reissenden braunen Fluss. Die Wassermassen entwurzeln kleine Bäume, zerschneiden Kiesbänke und verändern die Form der Ufer.

Keine Katastrophe spielt sich hier ab, sondern eine bislang in Europa einzigartige gewässerökologische Idee fasst Fuss: Die Wiederbelebung eines Baches durch künstliches Hochwasser aus dem Grundablass eines Stausees.

Der Spöl, einer der drei größeren Bäche des Nationalparks, verlor Ende der 1960er Jahre seinen natürlichen Lauf. Durch den Bau des Livigno-Stausees und seines Ausgleichsbeckens Ova Spin wurde aus dem unberührten Hochgebirgsbach ein staugeregeltes Gewässer. Seine abfließende Wassermenge hing nun nicht mehr vom Niederschlag und der Schneeschmelze, sondern von der sogenannten Dotierwassermenge ab, die dem nun amputierten Gewässer zugebilligt wurde. Diese gesetzlich festgelegte minimale Menge beträgt heute im Spöl nur noch 500 Liter pro Sekunde, der normale Abfluss vor dem Einstau lag rund zehnmal höher, bei Hochwasserereignissen maß man gar bis zu 140 Kubikmeter (140'000 Liter) pro Sekunde. Die Folge nach fast 30 Jahren: im Spöl sammelten sich immer mehr Sedimente an – der ursprüngliche Gebirgsbachcharakter ging verloren, an einigen Abschnitten kam es sogar zur Verschlammung und Vertümpelung. Durch periodische Stauseespülungen wurde diesem Effekt nur unzureichend entgegengewirkt, da auf diese Weise vermehrt auch Stauseesedimente ins Spölbett gelangten und dort liegen blieben.

Letztlich hatte sich auch die gesamte Tier- und Pflanzenwelt des Gewässers verändert. Statt der angepassten Bewohner von Hochgebirgsbächen dominierten nach Wegfall des "hydraulischen Stresses" durch Hochwasserereignisse nun Arten, die normalerweise in dieser Höhenstufe selten sind oder gar nicht vorkommen.

Abhilfe schafft nun ein ökologischer Großversuch, der von der Wissenschaftlichen Nationalparkkomission WNPK, den Engadiner Kraftwerken EKW, dem Jagd- und Fischerei-Inspektorat Graubünden und dem HYDRA-Institut Konstanz gemeinsam entwickelt wurde: Der Bach soll über kontrollierte Hochwasserereignisse Stück für Stück seinem ursprünglichen Zustand wieder nähergebracht werden. Auslöser des Versuchs war eine technisch notwendige Maßnahme am Ausgleichbecken Ova Spin: Bei einer Spülung 1995 gelang es erstmals, fast die gesamte Sedimentmenge aus dem Staubecken und dem Bachbett auszuspülen, ohne dabei bei Fischen und Kleinlebewesen grosse Verluste in Kauf nehmen zu müssen. Die vorbildliche Kooperationsbereitschaft der EKW und die besondere Konstruktion des Kraftwerkes kamen den Initiatoren dabei zu Hilfe. Durch einen Seitenstollen wurde aus dem Fluss Inn frisches Wasser zugespeist, um eine zu hohe Fracht an Trübstoffen oder schädlichen Substanzen aus dem Stauseesediment zu verhindern.

Nach dem eindrucksvollen Erfolg dieses Tests einigten sich Kraftwerksbetreiber, Behörden, Naturschützer und Wissenschaftler auf einen zunächst auf drei Jahre befristeten Feldversuch, der fachübergreifend wissenschaftlich begleitet wird. Künftig sollen mehrere kleine Hochwasser pro Jahr den Spöl dynamisieren. Das Team von HYDRA Konstanz untersucht dabei den Hochwasserverlauf, beispielsweise anhand von Schwebstoffmessungen und analysiert die Morphologie, die Sedimentstruktur sowie die Benthos- und Fischfauna über den gesamten Zeitraum.

Die beteiligten Partner erhoffen sich von den Ergebnissen eine Signalwirkung, die zu einer größeren Umweltverträglichkeit und dabei gesteigerter Wirtschaftlichkeit von Wasserkraftanlagen dieser Art führen könnte.

 

Langzeitmonitoring der Fliessgewässer im Schweizerischen Nationalpark

- Auswirkung eines veränderten Restwasserregimes (Künstliche Hochwasser) im Spöl unterhalb Stausee Livigno und Ausgleichsbecken Ova Spin -

Am 5. Juli 2001 rauschts am Spöl – einem der drei grösseren Fliessgewässer im Schweizerischen Nationalpark. Über 30 m3/s Wasser werden über den Grundablass des Stausees Livigno ins Bachbett entlassen. Die Wassermassen branden gegen die Felsen unterhalb des Auslasses und nehmen dann ihren schnellen Lauf talwärts auf. Die Flut nagt kräftig an den ins Bachbett reichenden Schuttfächern. Auf den nun überströmten Auen stemmen sich junge Kiefern und Fichten gegen die Strömung. Der Bachgrund gerät hörbar in Bewegung, Feinmaterial wird aus den Schuttfächern und der Sohle ausgespült und färbt das Wasser braun. Die im Spöl forschenden Hydrobiologen haben sich heute ans sichere Ufer verzogen und bestaunen das ungewohnte Übermass an Wasser im Spölbett.
Dieses Hochwasser im Spöl ist kein Naturereignis, sondern eine "Veranstaltung" der Engadiner Kraftwerke AG.

Restwasserbach Spöl

Der Spöl war einst ein Gebirgsbach, der beträchtliche Wassermassen aus dem Bereich des Berninamassivs über Livigno bis zu seiner Mündung bei Zernez dem Inn zuführte. Seit dem Bau des Livignostausees (1962-69) führt der Spöl unterhalb des Stausees nur noch 1 m3/s Wasser, was ca. 10 % des natürlichen Abflusses entspricht. Im Unteren Spöl (unterhalb des Ausgleichbeckens Ova Spin) ist die Dotation sogar auf nur 0,6 m3/s festgelegt. Hochwasserabflüsse mit Abflussspitzen bis zu 140 m3/s, welche früher häufig auftraten , beschränken sich heute auf wenige, durch den Kraftwerksbetrieb bedingte Ereignisse.

Die Auswirkungen der Restwassersituation im Spöl sind in mehreren Arbeiten dokumentiert (Rey & Gerster, 1991; Rey & Ortlepp, 1995; Dimmeler, 1996; Rey, Ortlepp & Pitsch, 1997, Mürle, 2000). Die wichtigsten sind:

Neues Restwasserregime / Künstliche Hochwasser

Um den Spöl ökologisch wieder aufzuwerten, wurde in Zusammenarbeit von Wissenschaftlicher Nationalparkkommission (WNPK) und Engadiner Kraftwerke (EKW) nach den Vorschlägen von Hydra und Fischereiaufsicht ein auf 3 Jahre befristeter Versuch zur Änderung des Restwasserregimes beschlossen. Die darin vorgesehenen künstlichen Hochwasser, welche im Sommer 2000 erstmals durchgeführt wurden (Tab.), werden fachübergreifend wissenschaftlich begleitet (EAWAG Dübendorf, Geologisches Institut der Universität Bern, Fischereiaufsicht Unterengadin, HYDRA Konstanz). HYDRA führt dabei Untersuchungen zum Hochwasserverlauf (z.B. Schwebstoffmessung), zu Morphologie, Sedimentstruktur und Benthos- und Fischfauna durch. Der direkte Einfluss der Hochwasser auf benthische Organismen und die Auswirkungen auf die Primärproduktion werden von der EAWAG untersucht

http://www.eawag.ch/research/lim/Alpine/Wasserkraftnutzung/Spoel_Nationalpark.html

Wirkung der künstlichen Hochwasser – eine erste Bilanz

Hochwasserverlauf

Bei den bisherigen Hochwassern blieben die gemessenen Schwebstoffvolumen durchweg unter 20 ml/l - eine Schädigung von Fischen kann ausgeschlossen werden.

Ein nennenswerter Austrag an Sediment aus dem Livignostausee fand nicht statt (sehr geringe Schwebstoffwerte direkt unterhalb des Grundablasses). Vielmehr wurden Feinsedimente aus der Bachsohle und aus seitlichen Schuttfächern mobilisiert, worauf die Zunahme der Schwebstoffwerte im Bachverlauf hinweist.

Schwefelwasserstoff war an den Probestellen meist nicht nachweisbar bzw. erreichte nie kritische Werte (max. 0,3 – 0,5 mg/l)

Grössere Verluste an Fischen konnten durch ein allmähliches Zurückfahren auf Dotierabfluss vermieden werden. Insgesamt (alle 3 Hochwasser 2000) wurden im Oberen Spöl neben 62 Fischen, die lebend aus restwassergefüllten Rinnen geborgen und in den Bach zurückgesetzt wurden, 20 tote Fische gezählt. Auch im Frühjahr frischgeschlüpfte Fische (mit Dottersackrest aufgefunden) haben das Hochwasser überstanden.

Morphologie und Sedimentstruktur

Das mit den ersten Hochwassern aus den Schuttfächern mobilisierte Material führte in bachabwärts liegenden, gefällearmen Abschnitten zu starken Überschotterungen (bis zu 1 m) der Bachsohle und angrenzender Auebereiche. Zahlreiche neue Kiesbänke und –inseln entstanden, alte Kiesbänke wurden verlagert.

Mit den folgenden Hochwassern im Oktober 2000 (Hochwasserentlastung des Stausees Livigno) und im Sommer 2001 wurden die aufgeschotterten Bänke und Inseln teilweise wieder erodiert, Rinnen wurden eingetieft, wobei die Erosion z.T. auch anstehenden Fels erreichte. Es scheint, dass die ersten künstlichen Hochwasser mit dem Rückbau der Schuttfächer und der Verteilung des Materials über das Bachbett die nötige "Vorarbeit" geleistet haben, damit die Transportkraft der folgenden Hochwasser für Rinnenbildung, Strukturierung und Vergröberung des Bachbettes genutzt werden kann.

Nach den Hochwassern konnte eine Auflockerung und in vielen Bereichen eine Vergröberung des Deckschichtsubstrates festgestellt werden. Feinsedimente, welche vor allem im Oberen Spöl zu einer starken Kolmation der Decksedimente geführt hatten, wurden ausgespült. Die durch die Hochwasser hervorgerufenen Änderungen beschränkten sich auf die oberen max. 15 cm des Sohlsubstrates. Tieferliegende Schichten mit z.T. hohen Anteilen an Feinmaterial bzw. tonig-schluffigen Komponenten blieben unverändert.

Die Besiedlung der Sohle durch Wasserpflanzen wurde erheblich reduziert. Epilithische Algen überzogen jedoch bereits 1-2 Wochen nach Hochwasser wieder das Substrat.

Im Unteren Spöl waren Verlagerungen des seit Frühjahr `99 im Bachbett liegenden Lawinenholzes deutlichste Wirkung der Hochwasser. Durch die lokale Ansammlung von Holz enstanden tiefe Aufstaubereiche. In gefällereicheren Abschnitten ist eine hochwasserbedingte Eintiefung des Bachbettes und eine deutliche Vergröberung des Substrates der Bachsohle festzustellen. In flacheren Abschnitten wie z.B. im Bereich vor der Mündung in den Inn wurde die Sohle massiv (bis zu 70 cm) aufgeschottert. Die Wirkung der künstlichen Spölhochwasser beschränkte sich hier im wesentlichen auf die Verteilung der Kies- und Sandmassen, die durch einen Seitenbach bei Hochwasser eingetragen wurden. Eine deutliche Strukturierung des Abschnittes wurde nicht erreicht.

Fisch- und Benthosfauna

Mit den – in Zusammenarbeit mit der kantonalen Fischereiaufsicht - 1999 und 2000 durchgeführten Vergleichsbefischungen in Teststrecken konnten bisher keine deutlichen Änderungen in Anzahl, Grössenverteilung und Kondition der Fische festgestellt werden.

Beim Laichfischfang im Unteren Spöl hingegen wurden in den stark überschotterten Abschnitten im Vergleich zum Vorjahr deutlich weniger Forellen (41–49 %) gefangen. Die von den Fischen genutzten Strukturen wurden hier mit "Kies" aufgefüllt. Eine Anpassung an den drastisch veränderten Lebensraum bzw. an neugeschaffene Strukturen (durchströmtes Ufergehölz) konnte in der kurzen Zeit nicht erfolgen.

Die Laichbedingungen der Spölforellen haben sich infolge der Reduktion der Sohlkolmation und der Bildung zahlreicher überströmter Kiesbänke deutlich verbessert. So wurden bei der Laichgrubenkartierung in einem Abschnitt des Oberen Spöl im Herbst 2000 mit 93 Laichgruben im Vergleich zum Vorjahr (58 Laichgruben) deutlich mehr, grössere und in günstigerem Substrat angelegte Laichgruben festgestellt.

Die im Vergeich zum Vorjahr sehr grosse Anzahl an Brütlingen, die beim Rückgang der diesjährigen (2001) Hochwasser aus ufernahen restwassergefüllten Rinnen und Becken lebend geborgen wurden, lassen auf den guten Laicherfolg schliessen.

Inwieweit die Hochwasser sich langfristig auf die Entwicklung der Benthos- und Fischfauna auswirken, wird in den kommenden Jahren durch Befischungen und Probenahmen im Rahmen des Nationalpark-Gewässermonitorings weiter verfolgt.

 

Ausgewählte Referenzen

Mürle U. , Ortlepp J. & Molinari P.  [2005]: Die Dynamisierung des Restwassers im Spöl - eine Win-Win-Lösung für Natur und Kraftwerkbetreiber.  - Wasser Energie Luft 97 (1/2): 20-22. download

Mürle U. , Ortlepp J. & Molinari P. [2004]: Künstliche Hochwasser - ein Gewinn für Natur und Kraftwerkbetreiber. Thema Umwelt 4/2004 (Restwasser): 17-19, pusch Zürich. [praktischer umweltschutz schweiz (pusch)].

Mürle U. & Ortlepp J. [2003]: Dynamisierung des Restwassers im Gebirgsfluss Spöl: Morphologie.  - Natur in Tirol Bd. 12 (Ökologie und Wasserkraftnutzung): 128-134. download

Mürle U. , Ortlepp J. & Zahner M. [2003]: Effects of experimental flooding on riverine morphology, structure and riparian vegetation: The River Spöl, SwissNational Park. - Aquatic Sciences: Research Across Boundaries. download

Ortlepp J. & Mürle U. [2003]: Dynamisierung des Restwassers im Gebirgsfluss Spöl: Fischbiologische Effekte.  - Natur in Tirol Bd. 12 (Ökologie und Wasserkraftnutzung): 135-142. download

Ortlepp J. & Mürle U. [2003]: Effects of experimental flooding on brown trout (Salmo trutta fario L.): The River Spöl, Swiss National Park. - Aquatic Sciences: Research Across Boundaries. download

Rey P. [2003]: Der Spöl – Lebensraum und Energielieferant – aus: Ökologie und Wasserkraftnutzung, Neueste Forschungsergebnisse zur Auswirkung der Wasserkraftnutzung auf Struktur und Funktion von Fließgewässerlebensräumen - Natur in Tirol Bd. 12 (Ökologie und Wasserkraftnutzung), S. 127 

Mürle U. [2000]: Morphologie und Habitatstruktur in der Ausleitungsstrecke einer alpinen Stau­haltung (Spöl, Schwei­zerischer Nationalpark, Engadin). - Diplomarbeit, Inst. Geogr. Geoökol., Universität Karlsruhe, 92 S. + Anhang  download

Mürle U. & Ortlepp J. [2000 ff]: Künstliche Hochwasser im Spöl - Dynamisierung des Restwasserregimes. Hochwasserverlauf, Entwicklung der Gewässermorphologie und der Fischfauna. - Berichte z. Hd. Forschungskommission des Schweizerischen Nationalparks.

Dimmeler B. [1996]: Vergleich zweier natürlich abfließender mit einem restwasser­beeinflußten alpinen Fließ­gewässer im Schweizerischen Nationalpark. - Diplomarbeit, Universität des Saarlandes, Fachrichtg. Bio­geo­graphie, 123 S. + Anhang, Saarbrücken