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Extremhochwasser an der Aare
Resultatmappe 2 Projekt EXAR
Analysestandorte und Schlüsselstellen im
Gesamtsystem
Subsystem SSI, Aare, Stilli - Rheinmündung
Resultatmappe 2 Projekt EXAR - Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSI
Fotos Umschlag
1. Stauanlage Mühleberg, Mühleberg. Foto: IUB Engineering AG, Begehung vom 5. April 2017.
2. Mündungsbereich Hagneckkanal in Bielersee. Foto: IUB Engineering AG, Begehung vom 10. April 2017.
3. Höhenmodell der Rutschung Brättele, nahe des Beurteilungsperimeters Mühleberg. Quelle: GEOTEST AG, 2020.
4. Wasser- und Kernkraftwerk bei Beznau. Foto: Schweizer Luftwaffe 2005, © VBZ.
5. Verklausung der Mattenschwelle bei Bern während des Hochwassers im August 2005. Foto: Schweizer Luftwaffe 2005, © VBZ.
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Resultatmappe 2 Projekt EXAR - Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSI
Impressum
Datum: 25.01.2021
Herausgeber
ARGE GEOTEST-HZP-IUB, c/o GEOTEST AG, Bernstrasse 165, CH-3052 Zollikofen
Auftraggeber
Bundesamt für Umwelt (BAFU), Eidgenössisches Nuklearsicherheitsinspektorat (ENSI), Bundesamt für
Energie (BFE), Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie (MeteoSchweiz), Bundesamt für
Bevölkerungsschutz (BABS)
Projektleitung
Severin Schwab (GEOTEST AG, SPOC AP3 & AP4), Roni Hunziker (Hunziker, Zarn & Partner AG, AP3),
Michael Müller (IUB Engineering AG, AP4)
Experten/innen EXAR-Projekt
Helmut Habersack, BOKU Wien
Douglas Maraun, Universität Graz
Christian Pfister, em. Universität Bern
Bettina Schaefli, Universität Lausanne, Universität Bern
Anton Schleiss, em. École polytechnique fédérale de Lausanne EPFL
Bruno Sudret, ETH Zürich
Redaktion
Patrick Baer, Andreas Sutter; GEOTEST AG
Sebastian Jaberg, Matthias Pfäffli; Hunziker, Zarn & Partner AG
Tobias Karrer, Michael Müller; IUB Engineering AG
Autoren und Mitarbeit
GEOTEST AG Patrick Baer, Kaspar Graf, Alexandre Loye, Lorenz Moser, Annik Raissig,
Severin Schwab, Andreas Sutter
HZP Roni Hunziker, Andrea Irniger, Sebastian Jaberg, Matthias Pfäffli
IUB Engineering AG Benjamin Auf der Maur, Peter Billeter, Renato Hemund, Tobias Karrer, Andrin
Kasper, Luzia Meier, Georg Möller, Michael Müller
Zitiervorschlag
ARGE GEOTEST-HZP-IUB 2021: Extremhochwasser an der Aare. Resultatmappe 2 Projekt EXAR.
Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, Subsystem SSI, Aare, Stilli - Rheinmündung.
Zollikofen, Aarau, Bern: 14 S.
Hinweis
Dieser Bericht wurde im Auftrag der Bundesämter BAFU, ENSI, BFE, MeteoSchweiz und BABS
verfasst. Für den Inhalt ist allein der Auftragnehmer verantwortlich.
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Resultatmappe 2 Projekt EXAR - Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSI
Inhalt
Subsystem SSI.......................................................................................................................................................... 5
1. Übersichtskarte ........................................................................................................................................... 5
2. Untersuchte Szenarien und Prozessketten ................................................................................................. 6
3. Hydrologische Szenarien – Synthetische Ganglinien .................................................................................. 8
4. Resultate der Analysestandorte .................................................................................................................. 8
I. Stauanlage Beznau................................................................................................................................. 9
I.1 HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n)....................................................................................................... 9
II. Stauanlage Klingnau ............................................................................................................................ 12
II.1 HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n).................................................................................................... 12
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Resultatmappe 2 Projekt EXAR - Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSI
Subsystem SSI
1. Übersichtskarte
Übersicht der Analysestandorte im Subsystem I. Subsystemrelevante Analysestandorte mit einem kritischen Szenario
hinsichtlich der Ausscheidung als Schlüsselstelle sind rot umkreist.
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Resultatmappe 2 Projekt EXAR - Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSI
2. Untersuchte Szenarien und Prozessketten
Die Versagensszenarien wurden in der Schlüsselstellenanalyse hinsichtlich eines besseren
Systemverständnisses und der Ausscheidung der Schlüsselstellen (Key Sites) gewählt. Dazu erfolgte in einem
ersten Schritt die Analyse der Resultate aus den Nullläufen sowie aus der geologischen Einschätzung bzgl.
grosser Massenbewegungen. Eine Übersicht der ermittelten, kritischen Szenarien der entsprechenden
Analysestandorte findet sich in der Übersichtskarte (vgl. Kap. 1) und in der untenstehenden Tabelle. In der
Tabelle ist zudem die Resultatblatt Nr. ersichtlich, die auf die detaillierten Resultate in Kapitel 4 verweist.
Im Subsystem Stilli-Rheinmündung befinden sich zwei Beurteilungsperimeter, die es in der
Gefährdungsbeurteilung des Projekts zu adressieren gilt. Der Beurteilungsperimeter PSI (BPP) könnte allenfalls
durch einen Anstieg des Wasserspiegels aufgrund einer Verklausung der PSI-Brücke beeinträchtigt werden, der
Beurteilungsperimeter Beznau (BPB) ist abhängig von der Betriebsweise des Stauwehrs Beznau. Der Einfluss
der Brücken wird erst im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung angeschaut (Resultatmappe 3, BPP & BPB), da
im Bereich Stilli keine wesentlichen Retentionsräume geschaffen werden können, die eine Veränderung der
Ganglinie mit sich bringen.
Unmittelbar oberwasserseitig des Kernkraftwerks Beznau (KKB) liegt das Stauwehr Beznau. Bei einer
kompletten Verlegung der Wehrfelder wird zwar ebenfalls verhältnismässig wenig zusätzlicher Stauraum
aktiviert, so dass keine wesentliche Beeinflussung der Ganglinie erwartet wird. Allerdings wird in einem solchen
Fall der Bereich KKB überströmt, womit die Berechnung dieses Szenarios hinsichtlich der Analysen im Rahmen
der Gefährdungsbeurteilung gerechtfertigt ist. Das Szenario wurde zum direkten Vergleich mit zwei
Hochwasserganglinien (HQ100 und HQ10'000) gerechnet.
• Stauanlage Beznau:
Komplettverlegung aller Wehrfelder beim Stauwehr Beznau mit erhöhter Wasserspiegellage im Oberwasser,
Umströmen des Wehrs und Überströmten des Areals KKB.
Im Unterwasser des KKB liegt die letzte Stauanlage an der Aare vor der Rheinmündung, die Stauanlage
Klingnau. Kommt es an diesem Stauwehr zu einer kompletten Verlegung der Wehrfelder wird im Klingnauer
Stausee zusätzliche Retention geschaffen und die Ganglinie im Subsystem wird beeinflusst. Es bliebt ausserdem
zu prüfen, inwiefern der Ausfall der Hochwasserregulierung am Stauwehr Klingnau die Wasserspiegellagen im
Unterwasser des Stauwehrs Beznau beeinflusst und allenfalls dessen Kapazität beeinträchtigt.
• Stauanlage Klingnau:
Komplettverlegung aller Wehrfelder beim Stauwehr Klingnau mit Aktivierung zusätzlichen Retentionsraums im
Klingnauer Stausee und Rückstau bis ins Unterwasser des Stauwehrs Beznau.
Die verbleibenden inventarisierten Bauwerke (HWS-Dämme, Rutschungen und Brücken) innerhalb des
Subsystems SSI wurden gemäss den Ausscheidungskriterien (Detailbericht D, Kap. 4.3) beurteilt und als nicht
kritisch, resp. subsystemirrelevant ausgeschieden.
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Resultatmappe 2 Projekt EXAR - Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSI
Übersicht der eruierten Szenarien der einzelnen Analysestandorte.
Analysestandort & Szenario
Ereignis (Hydrologie)
Versagensprozess
Resultatblatt Nr.
Kilometrierung
Schlüsselstelle
Einwirkung
I Stauanlage Beznau
I.1 HQ100 Aare HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) keine / Umströmen Aare, km 008.737 nein
I.1 HQ10'000 Aare HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) keine / Umströmen Aare, km 008.737 nein
II Stauanlage Klingnau
II.1 HQ100 Aare HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) keine / Umströmen Aare, km 001.560 nein
II.1 HQ10‘000 Aare HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) keine / Umströmen Aare, km 001.560 nein
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Resultatmappe 2 Projekt EXAR - Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSI
3. Hydrologische Szenarien – Synthetische Ganglinien
Messstation: Aare, Untersiggenthal (km 012.770)
Vergleich der synthetischen Ganglinien mit beobachteten Hochwasserereignissen.
4. Resultate der Analysestandorte
Im Folgenden findet sich für jeden Analysestandort mit einem kritischen Szenario (vgl. Übersichtstabelle Kap. 2)
ein Resultatblatt. Das Resultatblatt beinhaltet einen detaillierten Szenarienbeschrieb, die PQ-Beziehung für die
Umsetzung im hydraulischen Modell sowie die Grundlagen (Überflutungskarten, Ganglinienvergleich zwischen
Nulllauf und Szenario inkl. Ausscheidungskriterien) und den kommentierten Entscheid zur Ausscheidung der
Schlüsselstelle.
Die hier vorgestellten Resultatblätter beziehen sich ausschliesslich auf die Gefährdung durch Überflutung
(hydraulische Belastung), wie sie in Kap. 7.1 des EXAR-Hauptberichts bzw. im Detailbericht E beschrieben
werden. Bei der Gefährdungsanalyse in den Beurteilungsperimeter wird im EXAR-Hauptbericht bzw. im
Detailbericht F zusätzlich auf Gefährdung durch Terrain- und Gerinneveränderungen infolge von fluvial
bedingten morphologischen Prozessen eingegangen. Weiter sind Aufstauhöhen infolge möglicher
Schwemmholzverklausung bei den Beurteilungsperimetern in den Resultatmappen 3 abgeschätzt und
dokumentiert.
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EXAR Phase B – Resultatmappe 2: Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSI
I. Stauanlage Beznau
Lokalität Szenarien
Aare, km 008.737 I.1 HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n)
I.1 HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n)
Komplette Verlegung oder Ausfall der Hochwasserentlastungsorgane am Stauwehr Beznau, mit Aktivierung
des Retentionsraumes Stilli.
Szenarienbeschrieb
Aufgrund von Betriebs-/Entscheidungsfehlern, technischen Fehlern oder hohem Schwemmholzaufkommen
wird die Hochwasserentlastung des Stauwehrs stark beeinträchtigt. Es wird davon ausgegangen, dass
sämtliche Wehröffnungen ausfallen und der gesamte Abfluss die Wehranlage durch Über- und Umströmen
passiert. Der so resultierende Überfall über das komplett geschlossene Wehr wird als Randbedingung mittels
neuer errechneter PQ-Beziehung an das numerische Modell weitergegeben.
Stauwehr Beznau, Beznau. Blick aus dem OW (links) und aus dem UW (rechts). Quelle: IUB Engineering AG, Begehung
vom 04. April 2017.
Untersuchte hydrologische Szenarien Szenario-ID
HQ100 Aare SSI_HQ100kAAR-AAR-008737-SW-Pnns
HQ10’000 Aare SSI_HQ10000kAAR-AAR-008737-SW-Pnns
PQ-Beziehung (Normalbetrieb und Versagen)
336.00
334.00
332.00
330.00
WSPL [m ü.M.]
328.00
326.00
324.00
P-Q HW-Entlastung "n-0"
322.00
320.00 P-Q HW-Entlastung "n-n"
318.00
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Abfluss HW-Entlastung [m3/s]
PQ-Beziehung des Stauwehrs Beznau, mit n = 5 offenen (schwarz gestrichelt, Normalbetrieb) und komplett geschlossenen
Wehrfeldern n-n (blau, bei Versagen der Regulierorgane).
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Resultatmappe 2 Projekt EXAR - Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSI
Maximale Überflutungsfläche
Fliesstiefenkarte für Nulllauf HQ100 Fliesstiefenkarte für Szenariolauf HQ100
(Normalbetrieb am Stauwehr Beznau). (n-n-Bedingungen am Stauwehr Beznau).
Fliesstiefenkarte für Nulllauf HQ10’000 Fliesstiefenkarte für Szenariolauf HQ10’000
(Normalbetrieb am Stauwehr Beznau). (n-n-Bedingungen am Stauwehr Beznau).
10Resultatmappe 2 Projekt EXAR - Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSI
Ganglinienvergleich Nulllauf mit Szenario Bei der Mündung der Aare in den Rhein (Aare, km 0.0)
HQ100 Aare. HQ10’000 Aare.
Differenz Differenz
Versagens- Entscheid
Szenario HQ Abflussspitze Volumen
auslösung Schlüsselstelle
[%] [%]
100 bei Beginn
0.0 0.0 NEIN
HW-Entlastung ausser Aare Spitzenabfluss
Betrieb (n-n) 10'000 bei Beginn
0.0 0.0 NEIN
Aare Spitzenabfluss
Fazit
Die vollständige Verlegung des Stauwehrs Beznau führt durch den Aufstau und die Umströmung des Wehres
zu einer Überflutung der gesamten Beznau Insel inklusive des Kernkraftwerk-Areals. Zudem kommt es zu
Austritten oberhalb der Wehres. Das zurückgehaltene Volumen in den aktivieren Retentionsräumen ist
verglichen mit dem Volumen der Inputganglinie gering, weshalb am Ende des Subsystems keine relevante
Volumendifferenz feststellbar ist. Die Ganglinie wird zwar während kurzer Zeit gedämpft, erreicht aber den
Spitzenabfluss nach einigen Stunden trotzdem. Somit bleibt die prozentuale Differenz der Abflussspitze aus.
Aus diesen Gründen wird die Stauanlage Beznau nicht als Schlüsselstelle ausgeschieden.
Da von diesem Analysestandort potenziell eine direkte Gefährdung für den Beurteilungsperimeter Beznau
ausgeht, wurde er im Rahmen der Gefährdungsanalyse berücksichtigt und detaillierter untersucht.
11Resultatmappe 2 Projekt EXAR - Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSI
II. Stauanlage Klingnau
Lokalität Szenarien
Aare, km 001.560 II.1 HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n)
II.1 HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n)
Komplette Verlegung oder Ausfall der Hochwasserentlastungsorgane am Stauwehr Klingnau, mit Aktivierung
zusätzlichen Retentionsraumes im Klingnauer Stausee.
Szenarienbeschrieb
Aufgrund Betriebs-/Entscheidungsfehlern, technischen Fehlern oder hohen Schwemmholzaufkommens wird
die Hochwasserentlastung des Stauwehrs stark beeinträchtigt. Es wird davon ausgegangen, dass sämtliche
Wehröffnungen ausfallen und der gesamte Abfluss die Wehranlage durch Über- und Umströmen passiert.
Der so resultierende Überfall über das komplett geschlossene Wehr wird als Randbedingung mittels neuer
errechneter PQ-Beziehung an das numerische Modell weitergegeben.
Stauanlage Klingnau, Klingnau, Blick in Fliessrichtung. Luftbild (links) & Ansicht Wehrfelder (rechts). Quelle: axpo.
Untersuchte hydrologische Szenarien Szenario-ID
HQ100 Aare SSI_HQ100kAAR-AAR-001560-SW-Pnns
HQ10’000 Aare SSI_HQ10000kAAR-AAR-001560-SW-Pnns
PQ-Beziehung (Normalbetrieb und Versagen)
340.00
335.00
330.00
325.00
WSPL [m ü.M.]
320.00
315.00
310.00 P-Q HW-Entlaster "n"
305.00 P-Q HW-Entlaster "n-n"
300.00
0 2000 4000 6000 8000 10000
Abfluss HW-Entlastung [m3/s]
P-Q-Beziehung des Stauwehrs Klingnau, mit n = 4 offenen (schwarz gestrichelt, Normalbetrieb) und komplett
geschlossenen Wehrfeldern n-n (blau, bei Versagen der Regulierorgane).
12Resultatmappe 2 Projekt EXAR - Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSI
Maximale Überflutungsfläche
Fliesstiefenkarte für Nulllauf HQ1000 Fliesstiefenkarte für Szenariolauf HQ100
(Normalbetrieb am Stauwehr Klingnau). (n-n-Bedingungen am Stauwehr Klingnau).
Fliesstiefenkarte für Nulllauf HQ10’000 Fliesstiefenkarte für Szenariolauf HQ10’000
(Normalbetrieb am Stauwehr Klingnau). (n-n-Bedingungen am Stauwehr Klingnau).
13Resultatmappe 2 Projekt EXAR - Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSI
Ganglinienvergleich Nulllauf mit Szenario Bei der Mündung der Aare in den Rhein (Aare, km 0.0)
HQ100 Aare. HQ10’000 Aare.
Differenz Differenz
Versagens- Entscheid
Szenario HQ Abflussspitze Volumen
auslösung Schlüsselstelle
[%] [%]
100 bei Beginn
0.0 -0.2 NEIN
HW-Entlastung ausser Aare Spitzenabfluss
Betrieb (n-n) 10'000 bei Beginn
0.0 -0.2 NEIN
Aare Spitzenabfluss
Fazit
Der durch die vollständige Verlegung der Stauanlage Klingnau erschlossene Rückhalteraum weist ein im
Vergleich zu der sehr langen Abflussganglinie in der Aare ein geringes Volumen auf. Die Ganglinie wird
während kurzer Zeit gedämpft, erreicht aber den Spitzenabfluss nach einigen Stunden trotzdem. Somit bleibt
die prozentuale Differenz der Abflussspitze aus. Aus diesen Gründen wird die Stauanlage Klingnau nicht als
Schlüsselstelle ausgeschieden.
Da von diesem Analysestandort potenziell eine direkte Gefährdung für den Beurteilungsperimeter Beznau
ausgeht, wurde er im Rahmen der Gefährdungsanalyse berücksichtigt und detaillierter untersucht.
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