Am 17.2.2012 haben wir anlässlich eines Gesprächs mit den Herren Schulz, Schoen und Hausherr mehrere Punkte präsentiert, bei denen in den Hochwasserberichten des Betreibers unrealistische Annahmen getroffen wurden:
Abflussmodelle ohne Einbezug von Geschiebe und Geschwemm.
Wassermengen in Aare, Reuss und Limmat auf der Basis von Wahrscheinlichkeitsmodellen, die nicht zur Bestimmung von 1’000- resp. 10’000-jährigen Ereignissen geeignet sind.
Durchflussgeometrie/-topographie in Beznau, die bei Wassermengen von 4’000m3/s und realistischen Fliessgeschwindigkeiten zu Überflutungen von mehr als 1.65m (kritische Grenze) führen.
Trotz der damaligen Zusage, uns Antworten auf diese Fragen zu geben, wurde keiner dieser drei Hauptpunkte geklärt.
Was wollen Sie mit folgender Antwort „es liegen dem ENSI keine belastbaren Unterlagen vor, die den Nachweis in Frage stellen bzw. dringenden Handlungsbedarf erfordern“ ausdrücken?
Was müssen wir Ihnen vorlegen, damit klar dargelegte Fakten, die Fehler in einer Hochwasserstudie aufzeigen, zu einem dringenden Handlungsbedarf führen?
3.1 Zitat: „…1. Abflussmodelle ohne Einbezug von Geschiebe und Geschwemm. …“
ENSI-Antwort:
Die aktuellen Berechnungen des KKB berücksichtigen den Geschiebetransport. Ferner werden Sohlenerosion, Seitenerosion, Erosion in Kurven und das Nachrutschen von Böschungen modelliert. Generell kann festgehalten werden, dass die Verwendung von 2D-Modellen mit Geschiebetransport sehr fortschrittlich ist. Zur Berücksichtigung einer möglichen Teilverklausung des Wehres Beznau wird in Übereinstimmung mit der Richtlinie „Sicherheit der Stauanlagen“ des BWG (heute Bundesamt für Energie, BFE) /1/ das leistungsfähigste Entlastungsorgan als unverfügbar angenommen („n–1“ – Regel).
3.2 Zitat: „…2. Wassermengen in Aare, Reuss und Limmat auf der Basis von Wahrscheinlichkeitsmodellen, die nicht zur Bestimmung von 1’000- resp. 10’000-jährigen Ereignissen geeignet sind. …“
ENSI-Antwort:
Um die Abflüsse sehr seltener Hochwasser zu bestimmen, müssen vorhandene Messreihen extrapoliert werden. Gemessene Abflussreihen, die in günstigen Fällen 100 Jahre umfassen, lassen sich durch historische Hochwasser verlängern. Historische Hochwasser lassen sich allerdings nur mit beschränkter Genauigkeit rekonstruieren, ihre Verwendung erlaubt aber die Berücksichtigung der grössten Hochwasser über mehrere Jahrhunderte. Aber auch bei Verwendung historischer Hochwasser müssen die Zeitreihen für die Abschätzung der Hochwasserabflüsse mit Überschreitenshäufigkeiten grösser gleich 10-3 und 10-4 pro Jahr (HQ1‘000 und HQ10‘000) über einen weiten Bereich extrapoliert werden. Für diese Extrapolation existieren zahlreiche Verfahren, über die Vorgehensweise eine umfangreiche Literatur.
Aufgrund der für diesen Extrapolationsbereich doch sehr beschränkten Datenverfügbarkeit ist es kaum möglich, die Überlegenheit eines Verfahrens aufzuzeigen. Einzelne Länder und Institutionen haben deshalb Vorgehensweisen in Form von Regel definiert, um ein einheitliches Vorgehen zu ermöglichen. In der Schweiz ist das bisher nicht geschehen. Das ENSI ist deshalb bestrebt, zusammen mit dem BAFU und dem BFE, eine konsistente Vorgehensweise für die Schweiz zu definieren.
Zur Bestimmung der Abflüsse dieser seltenen Ereignisse wurden von KKB die Hochwasserabflüsse der Aare bei Brugg, der Reuss bei Mellingen und der Limmat bei Baden analysiert. Für diese Standorte stehen die Messwerte von Messstationen zur Verfügung (Messperioden jeweils etwa 100 Jahre). Zusätzlich wurden Abflüsse historischer Hochwasser abgeschätzt und in die Analyse mit einbezogen. Basierend auf diesen Frequenzanalysen wurden für diese drei Orte Hochwasserabflüsse mit Überschreitenshäufigkeiten grösser gleich 10-2, 10-3 und 10-4 pro Jahr bestimmt.
Abbildung 1: Frequenzdiagramm der Aare in Brugg, Reuss in Mellingen und Limmat in Baden, ergänzt mit historischen Hochwässern /2/
Zur Abschätzung der Hochwasserabflüsse mit Überschreitenshäufigkeiten grösser gleich 10-3 und 10-4 pro Jahr (HQ1‘000 und HQ10‘000) am Standort Aare-Untersiggenthal wurden jeweils ein Szenario „West“ und ein Szenario „Ost“ festgelegt. Beim Szenario „West“ fallen die grössten Niederschläge im Einzugsgebiet der Aare oberhalb Brugg und der Reuss. Das HQ1’000 der Aare-Untersiggenthal bildet sich aus der Summe der HQ1’000 an der Aare-Brugg und der Reuss-Mellingen, während die Limmat-Baden nur am Rande getroffen wird und ein HQ100 beiträgt. Entsprechend werden beim Szenario „Ost“ die Einzugsgebiete der Reuss und der Limmat voll getroffen. Die Szenarien für ein HQ1’000 ergeben Abflüsse von 3‘400 – 3‘535 m3/s in Untersiggenthal. Die Werte der HQ10’000 -Szenarien liegen bei ca. 4’200 m3/s.
Tabelle 1: Extremhochwasserszenarien für die Aare in Untersiggenthal /2/
Die Bestimmung der Hochwasserabflüsse mit Überschreitenshäufigkeiten grösser gleich 10-3 und 10-4 pro Jahr basiert also auf den gängigen Wahrscheinlichkeitsmodellen, bezieht auch historische Hochwasser ein und berücksichtigt unterschiedliche Szenarien. Aus Sicht des ENSI entspricht dieses Vorgehen den allgemein üblichen Regeln und führt zu belastbaren und plausiblen Resultaten.
Dies zeigt auch der Vergleich mit den auch für den Standort Aare-Untersiggental verfügbaren historischen Pegeldaten und Hochwassermarken von 1852 und 1876 (vergl. Abb. 6.1 und Tabelle 4.1 in Anhang 6 von /6/)
Nachfrage 1 zu 3.2:
Im Rahmen des Gesprächs vom 3. Juli 2013 wird vom Fragesteller vorgebracht, dass die 2. Juragewässerkorrektion (JGKII) und die Murgenthal-Vereinbarung ein Wassermanagement ermöglichte, welches seit 1973 die Umgebung der 3 Juraseen und die Unterlieger vor grossen Hochwasserschäden schützten. Aus Sicht des Fragestellers habe sich aber die Rückhaltekapazität im Bereich der Juraseen verringert.
ENSI-Antwort zu Nachfrage 1: Juragewässerkorrektionen
Mit den Juragewässerkorrektionen wurde die Aare durch den neu erstellten Hagneckkanal von Aarberg direkt in den Bielersee abgeleitet. Dadurch können der Bieler-, Neuenburger- und Murtensee als gemeinsames Rückhaltebecken genutzt werden. Mit der Begradigung, Kanalisierung und Vertiefung der Zihl und der Broye zwischen den drei Seen wurde diese Rückhaltekapazität weiter erhöht. Durch den Bau des Nidau-Büren-Kanals konnte der Abfluss aus dem Bielersee gesteigert werden. Weitere Massnahmen waren die Erstellung der Regulierwehre Port und Flumenthal, Korrektion der Aare zwischen Büren a. A. und Flumenthal, die Entfernung des sogenannten Emmeriegels und Verbreiterung, Vertiefung und Uferausbau des Broye-, Zihl- und Nidau-Büren-Kanals sowie des Aarelaufs Büren-Flumenthal.
Gegenwärtig wird der Hagneckkanal so saniert, dass er ein hundertjährliches Hochwasser gefahrlos ableiten kann. Bei grösseren Hochwassern (ca. alle 150 bis 200 Jahre) würden via Notentlastung das Weidmoos und die angrenzenden Gebiete überflutet. Dies würde ebenfalls zu einer Rückhaltung führen.
Bereits vor der Juragewässerkorrektion wurde die Kander in den Thunersee eingeleitet. Ursprünglich floss die Kander durch die Thuner Allmend und mündete schliesslich zwischen Thun und Uttigen in die Aare. Sie verursachte häufig Überschwemmungen und lagerte auch viel Geschiebe ab.
Durch die Einleitung der Kander und Aare in die Seen wurden beträchtliche Retentionsvolumen erschlossen, welche die Hochwasserspitzen dämpfen können. In der Publikation „The largest floods in the High Rhine basin since 1268 assessed from documentary and instumental evidence“ /4/ wurde unter anderem eine Simulation dargestellt, die zeigt, wie das Hochwasserereignis von 2007 verlaufen wäre, wenn die Kander und die Aare noch in ihren natürlichen Flussbetten fliessen würden, die Kander- und die Juragewässerkorrektionen also nicht durchgeführt worden wären. Die nachfolgende Abbildung zeigt das Resultat dieser Simulationen. Durch diese Gewässerkorrektionen wurde die Abflussspitze von 2007 um insgesamt 900 m3/s reduziert.
Abbildung 2: Beobachteter Abfluss des Hochwassers von 2007 und Simulation dieses Hochwasserabflusses ohne die Gewässerkorrektionen /4/.
Deutlich ist in dieser Abbildung zu erkennen, dass durch die zusätzliche Rückhaltekapazität der Spitzenabfluss kleiner wurde. Die Hochwasserereignisse, welche vor diesen Korrektionen stattfanden, waren also weniger stark gedämpft. Sie werden in der Hochwasserstatistik also mit einem, auf heutige Verhältnisse bezogen, zu hohen Abfluss berücksichtigt.
Nachfrage 2 zu 3.2:
Weiter bezieht sich der Fragesteller auf einen Bericht des Kantons Bern zu Extremhochwasser im Einzugsgebiet der Aare (EHW Aare) /3/. Aus diesem Bericht wird zitiert: „… in den Jurarandseen werden beim Szenario B die höchsten Seestände simuliert. Aufgrund der langen Niederschlagsdauer können die Seepegel die höchsten seit der zweiten JGK aufgetretenen Seepegel massiv überschreiten, beim massgebenden Szenario um bis zu 3 m.“
ENSI- Antwort zu Nachfrage 2: Bericht Kanton Bern „Extremhochwasser im Einzugsgebiet der Aare“
Die Studie „Extremhochwasser im Einzugsgebiet der Aare“ /3/ ist nicht Basis der KKB-Studie. In der KKB-Studie werden keine Abflüsse oder Pegelstände der Jurarandseen limitiert. Der Seespiegel der Jurarandseen ist für KKB nicht relevant, bedeutend ist der Abfluss in der Aare. Der vom Fragesteller vorgebrachte Seepegel resultiert aus einer unrealistischen Abflusslimitierung aus dem Bielersee.
3.3 Zitat:„…3. Durchflussgeometrie/-topographie in Beznau, die bei Wassermengen von 4’000m3/s und realistischen Fliessgeschwindigkeiten zu Überflutungen von mehr als 1.65m (kritische Grenze) führen …“
ENSI-Antwort:
Für den Nachweis zur Hochwassersicherheit des Kernkraftwerks Beznau wurden zweidimensionale Berechnungen mit dem Programm Basement /5/ durchgeführt. Dieses Programm wurde an der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie der ETH Zürich entwickelt und wird unter Einbezug neuer Erkenntnisse weiterentwickelt. Basement ist ein Finite-Volumen-Programm zur Lösung der tiefengemittelten, zweidimensionalen Flachwassergleichungen auf unstrukturierten Netzen. Das verwendete Terrainmodell basiert auf einem digitalen Terrainmodell von swisstopo (Bundesamt für Landestopographie), welches mit den terrestrisch vermessenen Querprofilen für den Flussschlauch und den Klingnauer Stausee vernetzt wurde. Das Modell wurde anhand des Hochwassers von 2007 kalibriert. Im Fall des Hochwassers mit einer Überschreitungshäufigkeit grösser gleich 10-4 pro Jahr beträgt die Wassertiefe an den sicherheitsrelevanten Stellen 85 cm, was deutlich geringer als die Auslegungsfluthöhe von 1,65 m ist. Geschiebe und eine Teilverklausung des Wehres („n-1“ – Regel) sind bei dieser Berechnung berücksichtigt.
Im Forum hat der Fragesteller argumentiert, dass das Wasser am vollständig verklaus-ten Wehr und am Ufer der Insel Beznau aufgestaut wird und bei einer Wassermenge von 4200 m3/s die Höhe von 331,45 m. ü. M. erreicht – also 2,8 m über der Auslegungs-fluthöhe des KKB.
Die nachfolgende Abbildung zeigt, auf welche Situation sich die obige Skizze bezieht.
Abbildung 4: Situationsübersicht zur Skizze in Abbildung 3.
Bei den skizzierten Abschätzungen der resultierenden Überflutungshöhen vernachlässigt der Fragesteller die Tiefe des Oberwasserkanals. Er stellt sich vor, dass das Wasser im Oberwasserkanal unterhalb von ca. 327 m. ü. M. durch das am Ende des Kanals liegende Wasserkraftwerk gestaut ist, und Wasser nur oberhalb dieser Kote durch den Oberwasserkanal strömen kann. Nur dieses Wasser könne dann seitlich über die Insel abfliessen. Die zweidimensionalen Modellrechnungen zeigen jedoch, dass diese Annahme falsch ist und deshalb zu fehlerhaften Resultaten führt. Das Wasser fliesst durch den Oberwasserkanal und dann seitlich über die Insel ab. Eine vollständige Verklausung der fünf jeweils 20 m breiten Wehrfelder ist sehr unwahrscheinlich und musste deshalb für den Hochwassernachweis nicht unterstellt werden. Für den Fall, dass alle Öffnungen verklaust sind, berechnet das 2D-Modell deutlich geringere Wasserstände als sie vom Fragesteller abgeschätzt und in der Skizze angegeben werden.
3.4 Zitat:„Was wollen Sie mit folgender Antwort „es liegen dem ENSI keine belastbaren Unterlagen vor, die den Nachweis in Frage stellen bzw. dringenden Handlungsbedarf erfordern“ ausdrücken?“
ENSI-Antwort:
Die Antworten zu den Teilfragen 3.1 bis 3.3 legen dar, warum die vom Fragesteller vorgebrachten Kritikpunkte aus Sicht des ENSI nicht belastbar sind und den Nachweis des KKB nicht in Frage stellen.
3.5 Zitat: „Was müssen wir Ihnen vorlegen, damit klar dargelegte Fakten, die Fehler in einer Hochwasserstudie aufzeigen, zu einem dringenden Handlungsbedarf führen?“
ENSI-Antwort:
Es gibt keine klar dargelegten wissenschaftlich fundierten Fakten, die Fehler in einer Hochwasserstudie aufzeigen. Es gibt keinen dringenden Handlungsbedarf. Aus Sicht des ENSI wurde im internationalen Vergleich bereits ein hoher Stand der Technik bei der Analyse der Hochwassergefährdung der schweizerischen Kernkraftwerke erreicht. Die Überprüfung durch internationale Experten im Rahmen des EU-Stresstests hat dies bestätigt. Verfeinerungen dieser Analysen sind möglich, bedingen aber Forschungsarbeiten. Das ENSI überprüft die Hochwassergefährdung regelmässig. Dabei werden etablierte Forschungsergebnisse herangezogen.
Weitere Informationen zu Hochwasser sind im Dossier Hochwasser auf der ENSI-Website zu finden.
Referenzen
/1/ Richtlinien des BWG; „Sicherheit der Stauanlagen“, Version 1.1, 2002
/2/ Ersatz Kernkraftwerk Beznau AG (EKKB AG); „Sicherheitsbericht Ersatz Kernkraftwerk Beznau“, TB-042-RS080021 – v02.00, Dezember 2008
/3/ Kt. Bern, „Extremhochwasser im Einzugsgebiet der Aare, EHW Aare“, 2007
/4/ Oliver Wetter, Rolf Weingartner, Jürg Luterbacher, Tom Reist & Jürg Trösch (2011): The largest floods in the High Rhine basin since 1268 assessed from documentary and instumental evidence, Hydrological Sciences Journal, 56:5, 733-758
/5/ Basement, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie, Zürich, http://www.basement.ethz.ch
/6/ Scherrer AG; „Hydrologische Untersuchungen an der Aare für die Kraftwerke in Beznau – Analyse und Prognose zu Hoch- und Niedrigwasser, Wassertemperaturen und Eisbildung“, 2009
