Extremhochwasser an Der Aare Resultatmappe 2 Projekt EXAR

Extremhochwasser an der Aare Resultatmappe 2 Projekt EXAR

Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem

Subsystem SSC, Aare, Golaten - Solothurn

Resultatmappe 2 Projekt EXAR - Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSC

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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Impressum Datum: 26.02.2020

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 2020: Extremhochwasser an der Aare. Resultatmappe 2 Projekt EXAR. Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, Subsystem SSC, Aare, Golaten - Solothurn. Zollikofen, Aarau, Bern: 34 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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Inhalt

Subsystem SSC ...... 5 1. Übersichtskarte ...... 5 2. Untersuchte Szenarien und Prozessketten ...... 6 3. Hydrologische Szenarien – Synthetische Ganglinien ...... 10 4. Resultate der Analysestandorte ...... 10 I. Stauanlage Niederried ...... 11 I.1 HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) ...... 11 II. Rutschung Rappeflue ...... 13 II.1 Rutschung ...... 13 III. Seitendamm Alte Aare ...... 15 III.1 Breschenbildung / Ausbruch rechtsufrig ...... 15 IV. Stauanlage Aarberg ...... 17 IV.1 HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) ...... 17 V. Stauanlage Aarberg & Seitendamm Alte Aare ...... 19 V.1 Stauanlage Aarberg: HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) & Seitendamm Alte Aare Breschenbildung / Ausbruch rechtsufrig ...... 19 VI. Seitendamm Walperswilbrücke ...... 21 VI.1 Breschenbildung / Ausbruch rechtsufrig...... 21 VII. Rutschung Hagneck ...... 24 VII.1 Rutschung ...... 24 VIII. Stauanlage Hagneck ...... 27 VIII.1 HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) ...... 27 IX. Stauanlage Port ...... 29 IX.1 HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) ...... 29 X. Wengibrücke Solothurn ...... 32 X.1 Verklausung ...... 32 5. Literaturverzeichnis ...... 34

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Subsystem SSC

1. Übersichtskarte

Übersicht der Analysestandorte im Subsystem C. Subsystemrelevante Analysestandorte mit einem kritischen Szenario hinsichtlich der Ausscheidung als Schlüsselstelle sind rot umkreist. 5

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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.

Durch das Subsystem Golaten-Solothurn führt u.a. der Hagneckkanal die Aare durch das Grosse Moos in die drei grossen Jurarandseen, die mit ihrer Retentionswirkung die Ganglinie eines Hochwassers aus der Aare/Saane massiv dämpfen können. Sollte die Jura-Gewässerkorrektion (JGK) ihren historisch herbeigeführten Schutz- und Entwässerungszweck im Hochwasserfall verlieren, werden grössere Änderungen im Abflussverhalten unterhalb des Bielersees erwartet. Da zwischen der Saanemündung und dem Bielersee etliche Bauwerke liegen, die bei einer Beeinträchtigung ihrer "normale" Funktionsweise im Hochwasserfall den Zufluss in die drei grossen Seen verändern können, wurden entsprechend viele Szenarien im Rahmen der Ausscheindung von Schlüsselstellen untersucht.

Unmittelbar unterwasserseitig der Aare-Saane-Mündung folgt der durch das Wehr Niederried aufgestaute Niederriedstausee. Aufgrund seines Volumens ist nicht zu erwarten, dass dieser Retentionsraum gesamtsystemrelevant wird. Die Stauwurzel des Niederriedstausees kann sich bei einer kompletten Verlegung des Stauwehrs Niederried jedoch weit Richtung Oberwasser verschieben, was Auswirkungen auf die Pegel im Mündungsbereich oder gar im Beurteilungsperimeter Mühleberg zur Folge hat. Deshalb wurde dieses Szenario im Hinblick auf die Gefährdungsanalyse analog zu den anderen Wehren mit zwei Hochwasserganglinien (HQ100 und HQ10'000) gerechnet.

• Stauanlage Niederried: Komplettverlegung aller Wehrfelder beim Stauwehr Niederried mit Aktivierung zusätzlichen Retentionsraums Niederriedstausee.

Kurz oberwasserseitig des Stauwehrs Aarberg befindet sich rechtsufrig ein steiler Hang, der gemäss geologischer Beurteilung mit einer Jährlichkeit von 2x10-2 bis 5x10-3 abrutschen kann. Eine solche Rutschung würde den Oberwasserkanal (OWK) des Wasserkraftwerks Aarberg teilweise verschliessen und hätte einen Aufstau mit Überströmen der seitlichen Dämme es OWK zur Folge. Das Szenario mit (teil-)verlegtem Fliessquerschnitt wurde mit einem HQ10'000 gerechnet.

• Rutschung Rappeflue: Einengung des Fliessquerschnitts des Oberwasserkanals des Kraftwerks Aarberg mit Entlastung ins Grosse Moos bei einem HQ10'000.

Im Raum Aarberg befindet sich das Stauwehr Aarberg, dessen Betrieb das (Sub-)Systemverhalten ebenfalls stark beeinträchtigen kann. Bleiben die Wehrsegmente bei einem Hochwasser geschlossen, wird die "Hauptleitung" der Aare, der Hagneckkanal, in die grossen Retentionsvolumina der drei Jurarandseen unterbrochen. Im Oberwasserkanal des Wehrs wird dabei zwar nicht viel zusätzlicher Retentionsraum geschaffen, durch den steigenden Pegel werden die Seitendämme links- und rechtsufrig jedoch überströmt. Es erfolgt einerseits eine Reaktivierung der alten Aare (Aarberg bis Büren a.A.) und andererseits eine Entlastung in das Grosse Moos (Raum Bargen/Kallnach), womit eine wesentliche Veränderung der Ganglinie in den unterliegenden Aareabschnitten zu erwarten ist. Analog zu den anderen Wehren wurde dieses Szenario im Hinblick auf die Gefährdungsanalyse mit zwei Hochwasserganglinien (HQ100 und HQ10'000) gerechnet.

• Stauanlage Aarberg: Komplettverlegung aller Wehrfelder beim Stauwehr Aarberg mit Überströmen links-/rechtsufrig und Aktivierung eines neuen Retentionsraums Bargen/Kallnach sowie neuem Fliessweg Alte Aare.

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Öffnet sich beim Überströmen des rechtsufrigen Damms zusätzlich eine Bresche, wird zusätzlicher Abfluss Richtung Alte Aare und damit mehr oder weniger ungedämpft Richtung Büren a.A. fliessen. Ein Teil des Hochwassers würde also die Jurarandseen umgehen.

• Seitendamm Alte Aare: Aktivierung neuer Fliessweg Alte Aare rechtsufrig Richtung Büren a.A. bei einem HQ10'000.

Bei normal funktionierendem Wehr Aarberg leitet wie oben erwähnt der Hagneckkanal das Wasser Richtung Bielersee. Im Rahmen einer Sanierung der Seitendämme wurde linksufrig eine 300 m lange Sollbruchstelle (Kies-Sand-Körper mit gesicherter Betonsohle) eingebaut, die ab einem Abfluss von 1640 m3/s anspringt und eine maximale Entlastungskapazität von rund 300 m3/s aufweist [1]. Kommt es aufgrund eines massiv höheren Abflusses im Oberwasser trotzdem zu einem Aufstau über die Dammkrone und bildet sich nach einem Überströmen des rechtsufrigen Seitendamms dort eine zusätzliche Bresche, kommt es ebenfalls zu einer Teilentlastung Richtung Büren a.A.

• Seitendamm Walperswilbrücke: Aktivierung Retentionsraum Grosses Moos rechtsufrig, neuer Fliessweg durch die Ebene Richtung Büren a.A. bei einem HQ10'000 (im Nulllauf Überströmen des Dammes bei HQ10'000)

Kurz vor der Einleitung in den Bielersee via das Wasserkraftwerk, resp. das Wehr Hagneck, quert der Hagneckkanal den Seerücken im Bereich Hagniwald/Eggenacher. Rutscht in diesem Einschnitt mit relativ steilen Flanken der Hang ab, wird der Abfluss behindert und es droht erneut ein Überströmen der Seitendämme mit der Entstehung eines allfälligen neuen Fliessweges Richtung Büren a.A. Nachdem im März 2007 Hangrutsche erfolgten, wurde der Kanaleinschnitt in den Jahren 2012 bis 2015 saniert (Rodung und Felsabtragung, Drainagebohrungen zur Entwässerung der Felsschichten, Drainage der landwirtschaftlichen Fläche oberhalb des Einschnittes, [1]). Die geologischen Beurteilungen sagen für die beiden links- und rechtsufrigen Rutschungen trotzdem eine Jährlichkeit von 1x10-3 bis 1x10-4 voraus. Entsprechend wurden die Szenarien mit (teil-)verlegtem Fliessquerschnitt des Hagneckkanals mit einem HQ100 gerechnet.

Rutschung Hagneck: • Rutschung Hagniwald linksufrig/rechtsufrig: Einengung des Fliessquerschnitts des Hagneckkanals mit eventueller Entlastung ins Grosse Moos bei einem HQ100

• Rutschung Hagniwald beidseitig: Einengung, resp. Blockieren des gesamten Fliessquerschnitts des Hagneckkanals mit eventueller Entlastung ins Grosse Moos bei einem HQ100

Ein ähnlicher Effekt hat der Ausfall der Wehrsegmente beim Stauwehr Hagneck, wobei das 2015 erneuerte Wehr sowie die umliegenden Bauwerke (Fischauf- und Fischabstiegsanlage) bei einem Überstau relativ rasch um- und überströmt werden. Es ist in einem solchen Fall zu erwarten, dass der Rückstau in den Hagneckkanal geringer ausfällt als bei oben beschriebenen Rutschungen. Das Szenario wurde zum direkten Vergleich mit zwei Hochwasserganglinien (HQ100 und HQ10'000) gerechnet.

• Stauanlage Hagneck: Komplettverlegung aller Wehrfelder beim Stauwehr Hagneck mit Aufstau im Hagneckkanal.

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Am unteren Ende des Bielersees spielt das Wehr Port eine essenzielle Rolle in der Abflussregulierung aus den Jurarandseen. Ein Aufstau durch einen Ausfall der Regulierorgane würde einerseits zwar Retentionsvolumen in den Seen aktivieren, andererseits ginge die aktive Reguliermöglichkeit zur Einhaltung der Murgenthaler Bedingung verloren. Das Szenario wurde zum direkten Vergleich mit zwei Hochwasserganglinien (HQ100 und HQ10'000) gerechnet.

• Stauanlage Port: Komplettverlegung aller Wehrfelder beim Stauwehr Port mit Rückhalt im Bielersee, Umströmen des Wehrs und unkontrollierter Abflussabgabe ins Unterwasser.

Unterwasserseitig des Bielersees birgt die Aktivierung des Retentionsraums "Grenchner Weite" das Potenzial einer Beeinflussung der Ganglinie. Diese Ebene wird aktiviert, wenn die Wengibrücke auf ihrem kompletten Querschnitt verklaust und ein breitkroniger Überfall über den Brückentisch auf 529.45 m ü.M. erfolgt.

• Wengibrücke Solothurn: Verklausung der Brücke bis auf Höhe Brückentisch bei einem HQ10'000 mit Aktivierung des Retentionsraums "Grenchner Weite".

Die verbleibenden inventarisierten Bauwerke (HWS-Dämme, Rutschungen und Brücken) innerhalb des Subsystems SSC wurden gemäss den Ausscheidungskriterien (Detailbericht D, Kap. 4.3) beurteilt und als nicht kritisch, resp. subsystemirrelevant ausgeschieden.

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Übersicht der eruierten Szenarien der einzelnen Analysestandorte.

Analysestandort & Szenario

Resultatblatt Nr. (Hydrologie) Ereignis Einwirkung Versagensprozess Kilometrierung Schlüsselstelle

I Stauanlage Niederried I.1 HQ100 Aare HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) keine / Umströmen Aare, km 150.070 nein I.1 HQ10'000 Aare HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) keine / Umströmen Aare, km 150.070 nein II Rutschung Rappeflue II.1 HQ10'000 Aare spontane Rutschung Rutschung Aare, km 145.050 nein III Seitendamm Alte Aare Breschenbildung / III.1 HQ10'000 Aare Überströmen Aare, km 144.542 ja Ausbruch rechtsufrig IV Stauanlage Aarberg IV.1 HQ100 Aare HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) keine / Umströmen Aare, km 144.442 ja IV.1 HQ10'000 Aare HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) keine / Umströmen Aare, km 144.442 ja V Stauanlage Aarberg & Seitendamm Alte Aare Stauanlage Aarberg: Stauanlage Aarberg: Stauanlage Aarberg: HW-Entlastung keine / Umströmen & Aare, km 144.442 & V.1 HQ10'000 Aare ausser Betrieb (n-n) & Seitendamm Alte Aare: ja Seitendamm Alte Aare: Seitendamm Alte Aare: Überströmen Breschenbildung / Aare, km 144.542 Ausbruch rechtsufrig VI Seitendamm Walperswilbrücke Breschenbildung / VI.1 HQ10'000 Aare Überströmen Aare, km 140.100 ja Ausbruch rechtsufrig VII Rutschung Hagneck Rutschung links VII.1 HQ100 Aare spontane Rutschung Aare, km 136.750 nein (Hagniwald) Rutschung rechts VII.1 HQ100 Aare spontane Rutschung Aare, km 136.750 nein (Eggenacher) Rutschung links VII.1 HQ100 Aare spontane Rutschung (Hagniwald) & rechts Aare, km 136.750 nein (Eggenacher) VIII Stauanlage Hagneck VIII.1 HQ100 Aare HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) keine / Umströmen Aare, km 136.466 nein VIII.1 HQ10'000 Aare HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) keine / Umströmen Aare, km 136.466 nein IX Stauanlage Port IX.1 HQ100 Aare HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) keine / Umströmen Aare, km 124.118 nein IX.1 HQ10'000 Aare HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) keine / Umströmen Aare, km 124.118 nein X Wengibrücke Solothurn X.1 HQ10'000 Aare Verklausung keine / Umströmen Aare, km 095.189 nein

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3. Hydrologische Szenarien – Synthetische Ganglinien

Messstation: Aare, Hagneck (km 137.100)

Vergleich der synthetischen Ganglinien mit beobachteten Hochwasserereignissen für die Aare im Subsystem SSC.

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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I. Stauanlage Niederried

Lokalität Szenarien Aare, km 150.070 I.1 HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n)

I.1 HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) Komplette Verlegung oder Ausfall der Hochwasserentlastungsorgane am Stauwehr Niederried, mit Aktivierung zusätzlichen Retentionsraumes im Stausee und allfälligem Rückstau bis zur Saanemündung.

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 durch Über- und Umströmen der Wehranlage den Niederriedstausee passiert. Dabei verschiebt sich zudem die Stauwurzel weit Richtung Oberwasser, was Auswirkungen auf die Pegel im Mündungsbereich oder gar im Beurteilungsperimeter Mühleberg zur Folge haben kann. Der Überfall über das komplett geschlossene Wehr wurde als Randbedingung mittels neuer errechneter PQ-Beziehung an das numerische Modell weitergegeben.

Stauwehr Niederried, Golaten. Blick Richtung OW in den Niederriedstausee (links) und Wehransicht aus dem UW (rechts). Quelle: IUB Engineering AG, Begehung vom 10. April 2017.

Untersuchte hydrologische Szenarien Szenario-ID HQ100 Aare SSC_HQ100kAAR-AAR-150070-SW-Pnns HQ10’000 Aare SSC_HQ10000kAAR-AAR-150070_SW_Pnns

PQ-Beziehung (Normalbetrieb und Versagen)

472.00

470.00

468.00

466.00

464.00

[m ü.M.] [m 462.00 P-Q HW-Entlaster "n"

WSPL 460.00

458.00 P-Q HW-Entlaster "n-n"

456.00

454.00 0 1000 2000 3000 4000 5000 3 Abfluss HW-Entlastung [m /s] P-Q-Beziehung des Stauwehrs Niederried, mit n = 5 offenen (schwarz gestrichelt, Normalbetrieb) und komplett geschlossenen Wehrfeldern n-n (blau, bei Versagen der Regulierorgane).

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Maximale Überflutungsfläche

Fliesstiefenkarte für Nulllauf HQ100 Fliesstiefenkarte für Szenariolauf HQ100 (Normalbetrieb am Stauwehr Niederried). (n-n-Bedingungen am Stauwehr Niederried).

Fliesstiefenkarte für Nulllauf HQ10'000 Fliesstiefenkarte für Szenariolauf HQ10'000 (Normalbetrieb am Stauwehr Niederried). (n-n-Bedingungen am Stauwehr Niederried).

Ganglinienvergleich Nulllauf mit Szenario am Transferpunkt Solothurn (Aare, km 094.640)

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 3.6 0.6 NEIN Aare Spitzenabfluss

Fazit Der Rückhalteraum oberhalb der Stauanlage Niederried weist ein im Vergleich zur sehr langen Abflussganglinie der Aare ein geringes Volumen auf. Dieses Volumen wird bei einem Ausfall der HW- Entlastungen (n-n) rasch aufgefüllt und das Wasser umströmt die Anlage rechts- und linksseitig. Dadurch entsteht im Vergleich zum Nulllauf eine Verzögerung im Spitzenabfluss, wodurch bei einem HQ10’000 der Spitzenabfluss leicht verzögert am Transferpunkt Solothurn (SSCSSD) eintrifft.

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II. Rutschung Rappeflue

Lokalität Szenarien Aare, km 145.050 II.1 Rutschung

II.1 Rutschung Rutschung im Bereich des Oberwasserkanals Aarberg, mit (Teil-)Verlegung des Kanalquerschnitts, Aufstau im Oberwasser und folge dessen Entlastung ins Grosse Moos und Richtung Alte Aare.

Szenarienbeschrieb Die rechtsufrige Flanke entlang des OWK Aarberg stürzt in den Kanal und verlegt den Fliessquerschnitt. Es kommt zu einem Aufstau im Oberwasser und die Seitendämme des OWK werden überströmt. Entsprechend werden der Retentionsraum Grosses Moos und der Fliessweg Alte Aare aktiviert.

Rechtsufriger Bereich des Oberwasserkanals Aarberg, mit Hang Rappeflue, Blick in Fliessrichtung. Quelle: IUB Engineering AG, Begehung vom 10. April 2017.

Untersuchte hydrologische Szenarien Szenario-ID HQ10’000 Aare SSC_HQ10000kAAR-AAR-145050-SR-PR

PQ-Beziehung (Normalbetrieb und Versagen)

456.00

454.00

452.00

450.00

448.00

WSPL ü.M.] [m WSPL 446.00 PQ ohne Verklausung 444.00 Überströmen Rutschkörper 442.00 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 3 QAare [m /s] PQ-Beziehung am Standort der Rutschung Rappeflue. Freier Fliessquerschnitt über die gesamte Flussbreite (schwarz gestrichelt, Normalzustand) und Abflussanteil durch Überströmen des Rutschkörpers (rot, nach Rutschung).

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Maximale Überflutungsfläche

Fliesstiefenkarte für Nulllauf HQ10'000. Fliesstiefenkarte für Szenariolauf HQ10'000 mit Einfluss von Rutschung Rappeflue.

Ganglinienvergleich Nulllauf mit Szenario am Transferpunkt Solothurn (Aare, km 094.640)

HQ10’000 Aare.

Differenz Differenz Versagens- Entscheid Szenario HQ Abflussspitze Volumen auslösung Schlüsselstelle [%] [%] 10’000 Rutschung von Beginn -0.6 -1.4 NEIN Aare

Fazit Der Effekt der Rutschung Rappeflue besteht primär aus der Umlenkung des Wassers in direkter Umgebung des Rutschkörpers. Der durch den Rutschkörper verursachte Rückstau in die Aare hat im Vergleich zur Abflussganglinie nur ein sehr geringes Volumen. Deshalb ist am Ende des Subsystems keine Differenz zwischen Nulllauf und Versagenslauf sichtbar.

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III. Seitendamm Alte Aare

Lokalität Szenarien Aare, km 144.542 III.1 Breschenbildung / Ausbruch rechtsufrig

III.1 Breschenbildung / Ausbruch rechtsufrig Bei einem HQ10'000 wird der Damm des Oberwasserkanals auf Höhe Dotierbauwerk überströmt und anschliessend bis zum Dammfuss auf einer Länge von 90 m erodiert.

Szenarienbeschrieb Aufgrund der hohen Abflüsse, die die Kapazität des Stauwehrs Aarberg übersteigen, sind die Dämme des Oberwasserkanals über lange Zeit stark beaufschlagt und der Kanal bordvoll. Im vorliegenden Fall wird davon ausgegangen, dass der Kanal-Damm nach zwei Stunden Überströmen erodiert wird und sich auf einer Länge von 90 m eine Bresche bis zum Dammfuss bildet. Dadurch erfolgt rund zwei Stunden nach Ankunft der Hochwasserspitze eine seitliche Entlastung von bis zu ca. 600 m3/s.

Kanaldamm und Dammstrasse rechtsufrig, oberwasserseitig des Stauwehrs Aarberg, Blick in Fliessrichtung. Quelle: IUB Engineering AG, Begehung vom 10. April 2017.

Untersuchte hydrologische Szenarien Szenario-ID HQ10’000 Aare SSC_HQ10000kAAR-AAR-144542-SD-PG

PQ-Beziehung (Normalbetrieb und Versagen)

456.00 455.00 454.00 453.00 452.00 451.00 Überströmen (PQ1) 450.00 halbe Bresche WSPL ü.M.] [m WSPL 449.00 ganze Bresche (PQ2) 448.00 Übergang (PQ2) 447.00 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Abfluss Q [m3/s]

PQ-Beziehung des Seitendammes Aarberg bei intaktem Dammkörper (Überströmen, blau) und nach Breschenbildung (Breschenlänge = Flussbreite, Abtiefung bis auf Terrainkote luftseitig, rot).

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Maximale Überflutungsfläche

Fliesstiefenkarte für Nulllauf HQ10'000. Fliesstiefenkarte für Szenariolauf HQ10’000 (Breschenbildung Seitendamm Höhe Stauanlage Aarberg).

Ganglinienvergleich Nulllauf mit Szenario am Transferpunkt Solothurn (Aare, km 094.640)

HQ10’000 Aare.

Differenz Differenz Versagens- Entscheid Szenario HQ Abflussspitze Volumen auslösung Schlüsselstelle [%] [%] 2h nach Beginn Breschenbildung / 10’000 Spitzenabfluss bei 75.5 49.6 JA Ausbruch rechtsufrig Aare Wehr Aarberg

Fazit Die orographisch rechtsseitige Breschenbildung oberhalb des Wehrs Aarberg führt zu einer Überflutung der Alten Aare und zu einem signifikant hohen Anstieg des Spitzenabflusses am Transferpunkt Solothurn (SSCSSD). Wegen der grossen Veränderung der Ganglinie wird dieses Szenario zu einem Schlüsselstellenszenario. Der Uferbereich der Aare ist im Bereich der angenommenen Breschenbildung jedoch stark verbaut, wodurch die Kriterien für eine Breschenbildung für die Gesamtsystemanalyse noch einmal genauer untersucht wurden. In dieser Untersuchung wurde entschieden, dass eine Breschenbildung an diesem Standort nur mit einer sehr geringen Wahrscheinlichkeit eintreten wird, da der Grad an fester Verbauung (Böschungsschutz wasserseitig, befestigte Dammwege, Dotierbauwerk) sehr hoch ist.

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IV. Stauanlage Aarberg

Lokalität Szenarien Aare, km 144.442 IV.1 HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n)

IV.1 HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) Komplette Verlegung oder Ausfall der Hochwasserentlastungsorgane am Stauwehr Aarberg, mit Aufstau im Oberwasser und Überströmen der seitlichen Dämme des Oberwasserkanals.

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 wurde als Randbedingung mittels neuer errechneter PQ-Beziehung an das numerische Modell weitergegeben. Durch die reduzierte Abflusskapazität am Stauwehr Aarberg steigt der Oberwasserspiegel stark an, was zu einem Überströmen der seitlichen Dämme des Oberwasserkanals und entsprechend einer Ausleitung in die alte Aare sowie in den Retentionsraum grosses Moos führt.

Stauwehr Aarberg, Aarberg. Blick aus dem OW (links) und aus dem UW (rechts). Quelle: IUB Engineering AG, Begehung vom 10. April 2017.

Untersuchte hydrologische Szenarien Szenario-ID HQ100 Aare SSC_HQ100kAAR-AAR-144442-SW-Pnns HQ10’000 Aare SSC_HQ10000kAAR-AAR-144442-SW-Pnns

PQ-Beziehung (Normalbetrieb und Versagen) 465.00

460.00

455.00 [m ü.M.] [m 450.00 P-Q HW-Entlaster "n" WSPL

445.00 P-Q HW-Entlaster "n-n"

440.00 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

3 Abfluss HW-Entlastung [m /s] PQ-Beziehung des Stauwehrs Aarberg, mit n = 3 offenen (schwarz gestrichelt, Normalbetrieb) und komplett geschlossenen Wehrfeldern n-n (blau, bei Versagen der Regulierorgane).

Resultatmappe 2 Projekt EXAR - Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSC

Maximale Überflutungsfläche

Fliesstiefenkarte für Nulllauf HQ100 Fliesstiefenkarte für Szenariolauf HQ100 (Normalbetrieb am Stauwehr Aarberg). (n-n-Bedingungen am Stauwehr Aarberg).

Fliesstiefenkarte für Nulllauf HQ10'000 Fliesstiefenkarte für Szenariolauf HQ10'000 (Normalbetrieb am Stauwehr Aarberg). (n-n-Bedingungen am Stauwehr Aarberg).

Ganglinienvergleich Nulllauf mit Szenario am Transferpunkt Solothurn (Aare, km 094.640)

HQ100 Aare. HQ10’000 Aare.

Differenz Differenz Versagens- Entscheid Szenario HQ Abflussspitze Volumen auslösung Schlüsselstelle [%] [%] 100 bei Beginn 27.3 17.4 JA HW-Entlastung ausser Aare Spitzenabfluss Betrieb (n-n) 10'000 bei Beginn 38.9 17.1 JA Aare Spitzenabfluss

Fazit Der Ausfall der HW-Entlastung der Stauanlage Aarberg führt zu einem Rückstau, wodurch die rechtsseitigen Dämme überflutet werden und die Alte Aare überflutet wird. Die Erhöhung des Abflusses ist bis zum Transferpunkt Solothurn (SSCSSD) messbar. Bezüglich Abflussspitze ist eine Erhöhung von rund 15-20 % zu erwarten. Durch die deutliche Veränderung des Spitzenabflusses wird dieses Szenario zu einem Schlüsselstellenszenario.

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V. Stauanlage Aarberg & Seitendamm Alte Aare

Lokalität Szenarien Aare, km 144.442 V.1 Stauanlage Aarberg: HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) & Seitendamm Alte Aare: Breschenbildung / Ausbruch rechtsufrig

V.1 Stauanlage Aarberg: HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) & Seitendamm Alte Aare Breschenbildung / Ausbruch rechtsufrig Komplette Verlegung oder Ausfall der Hochwasserentlastungsorgane am Stauwehr Aarberg, mit Aufstau im Oberwasser und Breschenbildung im rechtsufrigen Dammkörper des Oberwasserkanals.

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 wurde als Randbedingung mittels neuer errechneter PQ-Beziehung an das numerische Modell weitergegeben. Durch die reduzierte Abflusskapazität am Stauwehr Aarberg steigt der Oberwasserspiegel stark an, was zu einem Überströmen der seitlichen Dämme des Oberwasserkanals führt. Das starke Überströmen der Dämme führt rechtsufrig zu einer Bresche auf Höhe des Auslasses Richtung Alte Aare, so dass diese Restwasserstrecke stark beaufschlagt wird.

Untersuchte hydrologische Szenarien Szenario-ID HQ10’000 Aare SSC_HQ10000kAAR-001

PQ-Beziehung (Normalbetrieb und Versagen) Siehe Szenario III. Seitendamm Alte Aare & Senario IV. HW-Entlastung ausser Betrieb.

Maximale Überflutungsfläche

Fliesstiefenkarte für Nulllauf HQ10'000 Fliesstiefenkarte für Szenariolauf HQ10'000 (Normalbetrieb am Stauwehr Aarberg). (n-n-Bedingungen am Stauwehr Aarberg).

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Ganglinienvergleich Nulllauf mit Szenario am Transferpunkt Solothurn (Aare, km 094.640)

HQ10’000 Aare.

Differenz Differenz Versagens- Entscheid Szenario HQ Abflussspitze Volumen auslösung Schlüsselstelle [%] [%] Stauanlage Aarberg: Stauanlage Aarberg: von Beginn & HW-Entlastung ausser Seitendamm Alte Betrieb (n-n) & 10’000 Aare: 2h nach 162.9 82.4 JA Seitendamm Alte Aare Beginn Aare: Breschenbildung Spitzenabfluss bei / Ausbruch rechtsufrig Wehr Aarberg

Fazit Dieses kombinierte Szenario (kombinierte Versagen der Bauwerke III und IV) führt zu der maximal möglichen Abflusserhöhung beim Transferpunkt Solothurn (SSCSSD). Das Szenario wird somit zu einem Schlüsselstellenszenario. Für die Berechnungen im Gesamtsystem muss jedoch die Eintretenswahrscheinlichkeit eines solchen Szenarios berücksichtigt werden. Eine Kopplung von extremen Hochwassereignissen zusammen mit einem Ausfall der Hochwasserentlastungsorgane am Wehr Aarberg und die anschliessende Breschenbildung Richtung Alte Aare wurde als Szenario mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit beurteilt.

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VI. Seitendamm Walperswilbrücke

Lokalität Szenarien Aare, km 140.100 VI.1 Breschenbildung / Ausbruch rechtsufrig

VI.1 Breschenbildung / Ausbruch rechtsufrig Bei einem HQ10'000 wird der Damm des Hagneckkanals auf Höhe Walperswilbrücke überströmt und anschliessend bis zum Dammfuss auf einer Länge von 65 m erodiert.

Szenarienbeschrieb Aufgrund des extrem hohen Abflusses Richtung Bielersee erreicht die linksufrig am Hagneckkanal eingebaute Sollbruchstelle «Überlastsektion Weidmoos» ihre maximale Entlastungskapazität und es kommt, trotz gezielter Entlastung über den Damm in Richtung Broyekanal, flussaufwärts der Sollbruchstelle im Oberwasser der Walperswilbrücke zu einem Aufstau, resp. sogar zu einem Überströmen des seitlichen Dammes. Im vorliegenden Fall wird davon ausgegangen, dass das Wasser im Hagneckkanal während mindestens zwei Stunden so hoch ist, dass der rechtsseitige Damm überströmt wird. Dies führt im Oberwasser der Walperswilbrücke zu einer Erosion bis auf den luftseitigen Dammfuss und zu einer Bresche von rund 65 m Länge. Die Breschenbildung erfolgt somit zwei Stunden nach Ankunft der Hochwasserspitze am Hagneckkanal auf der orographisch rechten Seite. Sie führt zu maximalen Abflüssen in Richtung Walperswil, Bühl, Büren a.A von bis zu ca. 480 m3/s.

Kanaldamm und Dammstrasse rechtsufrig, kurz unterwasserseitig der Walperswilbrücke, Blick in Fliessrichtung. Quelle: IUB Engineering AG, Begehung vom 10. April 2017.

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Untersuchte hydrologische Szenarien Szenario-ID HQ10’000 Aare SSC_HQ10000kAAR-AAR-140100-SD-PG

PQ-Beziehung (Normalbetrieb und Versagen) 448.00 447.00 446.00 445.00 444.00 443.00 442.00 Überströmen (PQ1) 441.00 halbe Bresche WSPL ü.M.] [m WSPL 440.00 ganze Bresche (PQ2) 439.00 Übergang (PQ2) 438.00 0 200 400 600 800 1000 Abfluss Q [m3/s]

PQ-Beziehung des Seitendammes Walperswilbrücke bei intaktem Dammkörper (Überströmen, blau) und nach Breschenbildung (Breschenlänge = Kanalbreite, Abtiefung bis auf Terrainkote luftseitig, rot).

Maximale Überflutungsfläche

Fliesstiefenkarte für Nulllauf HQ10'000. Fliesstiefenkarte für Szenariolauf HQ10'000 (Breschenbildung Hagneckkanal rechtsufrig).

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Ganglinienvergleich Nulllauf mit Szenario am Transferpunkt Solothurn (Aare, km 094.640)

HQ10’000 Aare.

Differenz Differenz Versagens- Entscheid Szenario HQ Abflussspitze Volumen auslösung Schlüsselstelle [%] [%] 2h nach Beginn Breschenbildung / 10’000 Spitzenabfluss bei 40.5 13.2 JA Ausbruch rechtsufrig Aare Wehr Aarberg

Fazit Eine Breschenbildung am Hagneckkanal oberhalb der Walperswilbrücke auf der orographisch rechten Seite führt zu einer Abflussaufteilung ins rechtsseitige Umland. Das Wasser fliesst in Richtung Büren an der Aare und fliesst dort wieder in die Aare zurück. Dadurch wird das Retentionssystem der drei Jurarandseen übersprungen und damit auch deren Dämpfungsmöglichkeiten. Durch die Erhöhung der Abflussspitze von rund 40 % bei einem HQ10’000 wird dieses Szenario zu einem Schlüsselstellenszenario.

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VII. Rutschung Hagneck

Lokalität Szenarien Aare, km 136.750 VII.1 Rutschung links (Hagniwald) VII.1 Rutschung rechts (Eggenacher) VII.1 Rutschung links (Hagniwald) & rechts (Eggenacher)

VII.1 Rutschung Rutschung(en) im Bereich des Kanaleinschnitts kurz vor der Bielerseemündung, mit (Teil-)Verlegung des Kanalquerschnitts und Aufstau im Oberwasser und folge dessen Entlastung ins Grosse Moos.

Szenarienbeschrieb Die steilen Flanken des Kanaleinschnittes durch den Seerücken im Bereich Hagniwald/Eggenacher stürzen in den Hagneckkanal und verlegen den Fliessquerschnitt. Es kommt zu einem Aufstau im Oberwasser, die Seitendämme des Hagneckkanals werden überströmt und die Sollbruchstelle aufgrund des hohen Wasserstandes erodiert. Entsprechend wird der Retentionsraum Grosses Moos aktiviert.

Mündungsbereich Hagneckkanal in Bielersee, mit steilen Flanken im Bereich Hagniwald/Eggenacher, Blick aus dem OW. Quelle: IUB Engineering AG, Begehung vom 10. April 2017.

Untersuchte hydrologische Szenarien Szenario-ID HQ100 Aare SSC_HQ100kAAR-AAR-136750-SR-li SSC_HQ100kAAR-AAR-136750-SR-re SSC_HQ100kAAR-AAR-136750-SR-lire PQ-Beziehung (Normalbetrieb und Versagen)

444.00

442.00

440.00

438.00

436.00

WSPL ü.M.] [m WSPL 434.00 PQ ohne Verklausung Überströmen Rutschkörper links 432.00 Überströmen Rutschkörper rechts 430.00 0 100 200 300 400 500 600 3 QAare [m /s] PQ-Beziehung am Standort der Rutschung Hagneck. Freier Fliessquerschnitt über die gesamte Flussbreite (schwarz gestrichelt, Normalzustand) und Abflussanteil durch Überströmen des Rutschkörpers (rot, nach Rutschung links; blau, nach Rutschung rechts). Bei kompletter Verlegung durch die beiden Rutschungen: kein Fliessweg Richtung Bielersee (Q = 0m3/s für ganzen WPSL-Bereich). 24

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Mündungsbereich Hagneckkanal in Bielersee. Modellausschnitte für die Rutschkörper Hagneck links (Hagniwald, links), Hagneck rechts (Eggenacher, Mitte) und Hagneck beidseitig (rechts).

Maximale Überflutungsfläche

Fliesstiefenkarte für Nulllauf HQ100. Fliesstiefenkarte für Szenariolauf HQ100 (Rutschung rechts (Eggenacher)).

Fliesstiefenkarte für Szenariolauf HQ100 Fliesstiefenkarte für Szenariolauf HQ100 (Rutschung links (Hagniwald)). (Rutschungen links (Hagniwald) & rechts (Eggenacher)).

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Ganglinienvergleich Nulllauf mit Szenario am Transferpunkt Solothurn (Aare, km 094.640)

HQ100 Aare Szenario Rutschung links (Hagniwald). HQ100 Aare Szenario Rutschung links (Hagniwald) & rechts (Eggenacher).

HQ100 Aare Szenario Rutschung rechts (Eggenacher).

Differenz Differenz Versagens- Entscheid Szenario HQ Abflussspitze Volumen auslösung Schlüsselstelle [%] [%] Rutschung links 100 JA von Beginn 0.0 -15.9 Hagniwald Aare Dämpfungswirkung Rutschung rechts 100 JA von Beginn -29.3 -55.0 Eggenacher Aare Dämpfungswirkung Rutschung links Hagniwald & 100 JA von Beginn -1.2 -35.7 Rutschung rechts Aare Dämpfungswirkung Eggenacher

Fazit Die verschiedenen Rutschkörper im Kanaleinschnitt vor der Mündung in den Bielersee verfüllen einen Grossteil des Gerinnes, wodurch das Wasser nicht mehr oder nur noch zu einem geringen Teil in den Bielersee fliessen kann. Das Wasser staut sich stattdessen auf und die Sollbruchstelle am Hagneckkanal geht auf, wodurch sich das Wasser auf der orographisch linken Seite ins Grosse Moos ausbreitet. Diese Überflutungsfläche wirkt dämpfend auf den Abfluss, da diese Überflutungsfläche erst nach langer zeitlicher Verzögerung in Solothurn eintrifft – es fliesst zuerst in den Neuenburgersee, von dort in den Bielersee und dann der Aare entlang nach Solothurn. Durch die starke Wirkung auf die Abflussganglinie werden diese Rutschungen als Schlüsselstellen klassifiziert. Da sie jedoch eine dämpfende Wirkung haben, werden sie nicht weiter berücksichtigt (vgl. Hauptbericht, Kapitel 11.2).

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VIII. Stauanlage Hagneck

Lokalität Szenarien Aare, km 136.466 VIII.1 HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n)

VIII.1 HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) Komplette Verlegung oder Ausfall der Hochwasserentlastungsorgane am Stauwehr Hagneck, mit Aufstau im Oberwasser und Überströmen der seitlichen Dämme des Hagneckkanals.

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 durch Über- und Umströmen der Wehranlage in den Bielersee geleitet werden muss. Der so resultierende Überfall über das komplett geschlossene Wehr wurde als Randbedingung mittels neuer errechneter PQ-Beziehung an das numerische Modell weitergegeben. Durch die reduzierte Abflusskapazität am Stauwehr Hagneck steigt der Oberwasserspiegel stark an, was zu einem Überströmen der seitlichen Dämme des Hagneckkanals und entsprechend einer Ausleitung in den Retentionsraum grosses Moos führt.

Stauwehr Hagneck, Hagneck (Mündung Hagneckkanal in Bielersee). Blick aus dem OW (links) und aus dem UW (rechts). Quelle: IUB Engineering AG, Begehung vom 10. April 2017.

Untersuchte hydrologische Szenarien Szenario-ID HQ100 Aare SSC_HQ100kAAR-AAR-136466-SW_Pnns HQ10’000 Aare SSC_HQ10000kAAR-AAR-136466-SW_Pnns PQ-Beziehung (Normalbetrieb und Versagen) 446.00

444.00

442.00

440.00

438.00 [m ü.M.] [m 436.00 WSPL 434.00 P-Q HW-Entlaster vor Wehrsanierung P-Q HW-Entlaster "n" 432.00 P-Q HW-Entlaster "n-n" 430.00 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Abfluss HW-Entlasteung[m3/s] PQ-Beziehung des Stauwehrs Hagneck, mit n = 4 offenen (schwarz gestrichelt, Normalbetrieb) und komplett geschlossenen Wehrfeldern n-n (blau, bei Versagen der Regulierorgane). Grau gestrichelt ist die ehemalige PQ-Beziehung vor der Wehrsanierung dargestellt, sie diente zur Kalibrierung im 2D-Modell.

27 Resultatmappe 2 Projekt EXAR - Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSC

Maximale Überflutungsfläche

Fliesstiefenkarte für Nulllauf HQ100 Fliesstiefenkarte für Szenariolauf HQ100 (Normalbetrieb am Stauwehr Hagneck). (n-n-Bedingungen am Stauwehr Hagneck).

Fliesstiefenkarte für Nulllauf HQ10'000 Fliesstiefenkarte für Szenariolauf HQ10'000 (Normalbetrieb am Stauwehr Hagneck). (n-n-Bedingungen am Stauwehr Hagneck).

Ganglinienvergleich Nulllauf mit Szenario am Transferpunkt Solothurn (Aare, km 094.640)

HQ100 Aare. HQ10’000 Aare.

Fazit Das Kraftwerk Hagneck hat bei einem Ausfall der HW-Entlastung (n-n) eine deutlich kleinere Auswirkung auf die Ganglinie am Transferpunkt Solothurn (SSCSSD) als wenn der Gerinnequerschnitt durch Rutschungen blockiert wird (vgl. Szenario VII). Dies ist, da auch bei einem Versagen der HW-Entlastung das Wasser vom Hagneckkanal in den Bielersee fliessen kann, da die Anlage bereits kurz über Stauziel rechts- und linksseitig umströmt wird. Der Rückstau im Hagneckkanal hat nur geringe Auswirkungen auf die Ganglinie am Transferpunkt Solothurn (SSCSSD). 28

Resultatmappe 2 Projekt EXAR - Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSC

IX. Stauanlage Port

Lokalität Szenarien Aare, km 124.118 IX.1 HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n)

IX.1 HW-Entlastung ausser Betrieb (n-n) Komplette Verlegung oder Ausfall der Hochwasserentlastungsorgane am Stauwehr Port, mit Aktivierung zusätzlichen Retentionsraumes im Bielersee, resp. Umströmen in der unmittelbaren Wehrumgebung.

Stauwehr Port, Brügg (Auslass Bielersee). Blick aus dem OW (links) und aus dem UW (rechts). Quelle: IUB Engineering AG, Begehung vom 07. April 2017.

Untersuchte hydrologische Szenarien Szenario-ID HQ100 Aare SSC_HQ100kAAR-AAR-124118-SW-Pnns HQ10’000 Aare SSC_HQ10000kAAR-AAR-124118-SW-Pnns

PQ-Beziehung (Normalbetrieb, Hochwasserbetrieb und Versagen) Die Regulierung der drei Seen erfolgt am Wehr Port, welches dem räumlichen und zeitlichen Auftreten von Zuflüssen angepasst reguliert wird. Der Abfluss des Wehrs Port berücksichtigt dabei einerseits eine gewisse maximale Wassermenge (Murgenthaler Bedingung, damit die Unterlieger nicht überflutet werden), als auch eine Drosselwirkung bei einem anstehenden Hochwasser aus der Emme [2].

Für die Regulierung im Normalbetrieb gilt ein Reglement, welches je nach Datum und je nach Wasserstand im Bielersee einen Abfluss bei Port festgelegt [3]. Seit 2009 wurde zusätzlich eine Prognoseregulierung eingeführt, welche anhand von Modellrechnungen des prognostizierten Niederschlags auf allfällige Hochwasserereignisse Rücksicht nimmt. Tritt die Prognoseregulierung in Kraft, wird der Bielersee vorsorglich abgesenkt [4].

Während einem Hochwasser wird am Wehr Port die Hochwasserregulierung nach Aebi angewendet. Dabei werden stündlich Werte von diversen unterhalb liegenden Pegelstationen abgerufen und ein neuer Abfluss wird in Port festgelegt [5][5].

Durch das Prinzip der dynamischen PQ-Beziehungen im hydraulischen Modell (Detailbericht E, Kap. 7.3) wurde die Regulierung des Wehrs in Port anhand von zwei Zuständen vereinfacht: Normalbetrieb und Hochwasserbetrieb. Für die Definition der PQ-Beziehungen am Wehr Port für die beiden möglichen Zustände wurden die

Resultatmappe 2 Projekt EXAR - Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSC

Angaben aus den Reguliervorschriften auf einen Wehrabfluss umgerechnet und mit den gemessenen Pegel- Abfluss-Beziehungen der beiden Hochwasserereignisse 2005 und 2007 verglichen. Der Vergleich zeigt, dass die beiden Hochwasserereignisse mit den gewählten Vereinfachungen gut repräsentiert werden können.

431.0

430.5 Normalbetrieb  Hochwasserbetrieb

WSPL [m ü.M.] WSPL[m Kote: 430.25 430.0

429.5

429.0

Hochwasserbetrieb  Normalbetrieb 428.5 Kote: 428.50

428.0 0 200 400 600 800 1000

Abfluss [m3/s]

PQ Normalbetrieb (Wehr+KW kumuliert) Hysterese HW2007 PQ Hochwasserbetrieb Hysterese HW2005

PQ-Beziehung des Stauwehrs Port, mit n = 3 offenen (schwarz gestrichelt, Normalbetrieb und rot, Hochwasserbetrieb) im Vergleich zu den gemessenen Pegel-Abfluss-Werten am Wehr Port, die jeweils eine Hysterese bilden. Zusätzlich werden zwei Wasserspiegel angegeben, bei denen zwischen den beiden Betriebszuständen gewechselt wird.

Für den Ausfall der HW-Entlastung wurde die nachfolgende PQ-Beziehung (blau) in das hydraulische Modell eingebaut.

437.00

435.00

433.00

431.00 [m ü.M.] [m 429.00

WSPL P-Q HW-Entlaster "n-n" P-Q KW & HW-Entlaster "Normalbetrieb" 427.00 P-Q KW & HW-Entlaster "HW-Betrieb" 425.00 0 500 1000 1500 2000

3 Abfluss Entlaster [m /s] PQ-Beziehung des Stauwehrs Port, mit n = 3 offenen (schwarz gestrichelt, Normalbetrieb und rot, Hochwasserbetrieb) und komplett geschlossenen Wehrfeldern n-n (blau, bei Versagen der Regulierorgane) und Grundablass.

Resultatmappe 2 Projekt EXAR - Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSC

Maximale Überflutungsfläche

Fliesstiefenkarte für Nulllauf HQ100 Fliesstiefenkarte für Szenariolauf HQ100 (Normalbetrieb am Stauwehr Port). (n-n-Bedingungen am Stauwehr Port).

Fliesstiefenkarte für Nulllauf HQ10'000 Fliesstiefenkarte für Szenariolauf HQ10'000 (Normalbetrieb am Stauwehr Port). (n-n-Bedingungen am Stauwehr Port).

Ganglinienvergleich Nulllauf mit Szenario am Transferpunkt Solothurn (Aare, km 094.640)

HQ100 Aare. HQ10’000 Aare.

Differenz Differenz Versagens- Entscheid Szenario HQ Abflussspitze Volumen auslösung Schlüsselstelle [%] [%] 100 bei Beginn JA -26.0 -30.2 HW-Entlastung ausser Aare Spitzenabfluss Dämpfungswirkung Betrieb (n-n) 10'000 bei Beginn JA 14.4 -12.8 Aare Spitzenabfluss Dämpfungswirkung

Fazit Ein Ausfall der HW-Entlastung an der Stauanlage Port hat zur Folge, dass der Retentionsraum der Jurarandseen weiter gefüllt wird und der Abfluss an der Aare stark gedrosselt wird. Dies hat eine dämpfende Wirkung auf die Ganglinie am Transferpunkt Solothurn (SSCSSD). Die Differenzen in den Abflussspitzen und - volumen sind gross, wodurch das Regulierwerk Port zu einer Schlüsselstelle wird. Da sich das Versagen am Bauwerk jedoch dämpfend auf die Abflusspitze am Transferpunkt Solothurn auswirkt, wird die Schlüsselstelle im Gesamtsystem nicht mehr weiter betrachtet. 31

Resultatmappe 2 Projekt EXAR - Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSC

X. Wengibrücke Solothurn

Lokalität Szenarien Aare, km 095.189 X.1 Verklausung X.1 Verklausung Verklausung der Brücke bis auf Höhe Brückentisch bei einem HQ10'000 mit Aktivierung des Retentionsraums "Grenchner Weite". Szenarienbeschrieb Die Wengibrücke verklaust und der komplette Fliessquerschnitt wird bis zur Brückenunterkante verschlossen. Nach dem Aufstau im Oberwasser kommt es zum Überströmen der Brücke. Es wird angenommen, dass das Bauwerk dann wie ein breitkroniger Überfall wirkt, mit einer Überfallkote von 529.45 m ü.M.

Wengibrücke in Solothurn, Blick vom rechten Widerlagerbereich in Fliessrichtung. Quelle: https://www.solothurn-city.ch.

Untersuchte hydrologische Szenarien Szenario-ID HQ10’000 Aare SSC_HQ10000kAAR-AAR-095189-B PQ-Beziehung (Normalbetrieb und Versagen)

PQ-Beziehung am Fliessquerschnitt Wengibrücke in Solothurn, freier Querschnitt (Resultat 2D-Modellierung, schwarz gestrichelt) und bei kompletter Verklausung (Überfall über Brückentisch, rot).

Resultatmappe 2 Projekt EXAR - Analysestandorte und Schlüsselstellen im Gesamtsystem, SSC

Maximale Überflutungsfläche

Fliesstiefenkarte für Nulllauf HQ10’000. Fliesstiefenkarte für Szenariolauf HQ10’000 (Verklausung Wengibrücke Solothurn).

Ganglinienvergleich Nulllauf mit Szenario am Transferpunkt Solothurn (Aare, km 094.640)

HQ10’000 Aare.

Differenz Differenz Entscheid Szenario HQ Versagens-auslösung Abflussspitze Volumen Schlüsselstelle [%] [%] Zeitpunkt bei Erreichen 10’000 JA Verklausung des hohen Abflusses in -0.8 -20.6 Aare Dämpfungswirkung Solothurn

Fazit Eine Verklausung der Wengibrücke führt im berechneten Szenario zu einem grossen Rückstau und zu einer Bildung einer grossen Überflutungsfläche zwischen Büren an der Aare und Solothurn. Dadurch wird das Abflussvolumen stark gedämpft. Die Umströmung der Brücke erreicht erst nach rund 50 Stunden wieder den Spitzenabfluss, der die Verklausung ausgelöst hat. Die Volumendifferenz zwischen der Szenarienganglinie und der Nulllauf-Ganglinie sind so gross, dass die Wengi-Brücke zu einer Schlüsselstelle wird. Da sich die Verklausung und der damit verbundene Rückstau jedoch dämpfend auswirken, wird die Schlüsselstelle im Gesamtsystem nicht mehr weiter betrachtet.

5. Literaturverzeichnis [1] Der neue Hagneckkanal. Besserer Hochwasserschutz, natürlichere Landschaft. In: BERNHARD, S., PETER, H. & FELIX, L. (eds.). AWA Fakten. Bern: Juragewässerkorrektion (JGK), AWA Amt für Wasser und Abfall, Bau-, Verkehrs- und Energiedirektion des Kantons Bern, 2015. [2] Optimierung der Hochwasserregulierung der Juragewässerkorrektion, aktualisierte provisorische Version vom 1. März 2017, AWA Kt. Bern. [3] II. JGK, Regulierreglement, Reguliervorschriften und Regulierdiagramm 1980/82 [4] Faktenblatt 1, Prognoseregulierung, BAFU, 2009. [5] Vorschriften für die Hochwasserregulierung, Murgenthaler-Bedingung, II. JGK, Regulierreglement 1980/82, Anhang vom 7. Juli 1980.