Sihlentlastung in den Zürichsee

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1 eawag_report_2011_011 Sihlentlastung in den Zürichsee Kommentare zur Machbarkeitsstudie Sihlentlastung in den Zürichsee Alfred Wüest Eawag Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology Seestrasse 79, CH-6047 Kastanienbaum November

2 Kommentare zur Machbarkeitsstudie Sihlentlastung in den Zürichsee (Technischer Bericht IUB) 1 Hintergrund der Machbarkeitsstudie Mit einem Stollen zwischen Gattikon und dem Zürichsee (Höhe Thalwil) sollen schadenverursachende Hochwasser im Stadtzentrum von Zürich (Hauptbahnhof), sowie in Adliswil und Langnau künftig reduziert und/oder vermieden werden. Der Entlastungsstollen mit einem Schluckvermögen von 300 m 3 /s soll schätzungsweise alle 5 bis 10 Jahre anspringen, wenn der Abfluss der Sihl 200 bis 250 m 3 /s übersteigt. Diese Auftretenswahrscheinlichkeit ergibt sich aus den Messungen von 1938 bis 2009 an der Station Sihlhölzli-2176 ( Jährlichkeit von ~10 Jahre für Abfluss von 200 m 3 /s) sowie den historischen Hochwassern von 1846, 1852, 1874, 1876, 1910 und 1953 (Scherrer, 2007). 2 Fragestellungen Bei der vorliegenden kurzen Beurteilung der Machbarkeit geht es um folgende Aspekte: Prüfung der vorgeschlagenen Sihlentlastung durch einen Stollen zum Zürichsee auf "No-go's" Aufzeigen von allfälligen Konfliktpunkten Liste der notwendigen Abklärungen im Rahmen der nachfolgenden Planungsstufen: Elemente für das Pflichtenheft der Umweltverträglichkeitsprüfung und allfällige Hinweise auf Grundlagen. 3 Kommentare zur Machbarkeitsstudie (i) Wasserstandsschwankungen Zürichsee Für ein extremes Hochwasserereignis wird angenommen, dass Sihlwasser während 48 Stunden mit 300 m 3 /s übergeleitet würde. Der entsprechende Wassereintrag von 52 Mio m 3 würde bei einer Seefläche von 88 km 2 einem Niveauanstieg von 60 cm entsprechen. Der effektive Anstieg ist jedoch aufgrund des erhöhten Limmatabflusses geringer und wurde in der Machbarkeitsstudie (IUB, 2010) auf 38 cm geschätzt. Der real zu erwartende Anstieg hängt allerdings wesentlich davon ab, wie gross der Abfluss zum Zeitpunkt des Hochwasserereignisses ist und ob im Einzugsgebiet des Zürichsees gleichzeitig ebenfalls starke Niederschläge fallen. 2

3 Der 1. Alarmwert liegt bei einem Niveau von müm (ZSL 2007), bei welchem beim Hochwasser im Frühling 1999 keine Schäden gemeldet wurden. Da bei Niveau müm Schadensmeldungen kleiner Beträge eingingen, stellt das Niveau von müm - welches gleichzeitig der 2. Alarmwert ist (ZSL 2007) - sehr wahrscheinlich die Schadensgrenze dar. In den letzten 50 Jahre wurde der 1. Alarmwert ( müm) öfters überschritten ( Abbildung 1). In Anbetracht von Abbildung 1 erachten wir es als angezeigt, abzuschätzen, wie gross die Wahrscheinlichkeiten für gleichzeitige und schadenverursachende Hochwasser sind und ob allenfalls mit einer Änderung des Wehrreglementes (1977) zur Abflussregulierung beim Platzspitz mögliche Schäden verringert werden könnten. Zudem gibt es ein Hilfsreglement in Hochwassersituationen, jedoch aber kein Reglement für mögliche Vorabsenkung. Deshalb wäre eine weitere Option ein modellunterstütztes Hochwasser-Management zu entwickeln, welches die aktuellen Abflussdaten der beiden Einzugsgebiete und die Meteo-Vorhersagen berücksichtigt, damit die potentiellen Schäden am Zürichsee und an der Limmat gesamthaft betrachtet werden können. Dieser Fragekomplex (Auftreten gleichzeitiger Hochwasser in beiden EZG) sollte im Rahmen der UVP aufgrund der vorliegenden Abflussdaten von Linth und Sihl detaillierter untersucht und Lösungen abgeklärt werden. Abbildung 1 - Hochwasserganglinie Zürichsee von 1951 bis 2010 (blau). Überschreitungen des Niveaus traten in den letzten 50 Jahren von Mai bis Juli auf. (ii) Einschichtung und Trübung im Zürichsee Während eines extremen Hochwasserereignisses ist der Partikelgehalt im Flusswasser der Sihl hoch (Bereich g/l) und entsprechend ist die Dichte des übergeleiteten Sihlwassers höher als diejenige des Zürichseewassers; insbesondere höher als an der Oberfläche des Sees und in der Sprungschicht. Entsprechend wird das übergeleitete Sihlwasser nach dem Auslaufbauwerk der Bodentopographie des Seegrundes folgen und je nach Partikel- 3

4 gehalt in die Tiefe des Zürichsees abfliessen. Zu Beginn des Hochwassers ist der Partikelgehalt am grössten und entsprechend wird zu diesem Zeitpunkt das übergeleitete Sihlwasser in die tiefsten Bereiche abtauchen. Im zweiten Teil (abnehmender Abfluss) eines Hochwassers sinkt üblicherweise der Feststoffgehalt rasch ab, sodass das Einschichtungsniveau weitgehend der Sprungschicht der Dichteschichtung folgt. Im Winter sind solche Prognosen schwierig, da zu diesem Zeitpunkt die Dichteunterschiede im See sehr gering sind. Extreme Hochwasser sind zu diesem Zeitpunkt jedoch selten (Abbildung 1). Aufgrund der höheren Dichte des übergeleiteten Sihlwassers, wird sich die mit dem Hochwasser antransportierte Trübung im Normalfall nicht an der Oberfläche ausbreiten. Allerdings wird sich mitgeführtes Schwemmgut von der Sihl (Holz, Plastik, auftreibender Abfall) an der Oberfläche ansammeln und ausbreiten. Abgesehen von diesem Schwemmgut wird die Trübung des Oberflächenwassers gering bleiben. (iii) Verunreinigung durch Sihlwasser bei den Fassungen der Seewasserwerke Wie in Punkt (ii) erläutert, können aufgrund der höheren Dichte des übergeleiteten Sihlwassers und der damit verbundenen tiefen Einschichtung im Hypolimnion des Zürichsees Trübstoffe auch in die Fassungen der Seewasserwerke gelangen ( Abbildung 2). Da die Fassungen sich in mittlerer Tiefe befinden - wo die Dichteschichtung nicht ausgeprägt ist - wird in diesem Tiefenbereich nur ein geringer Anteil der Partikel erwartet. Aufgrund des oben beschriebenen typischen zeitlichen Verlaufes, wird der grösste Teil der Trübung kurzfristig zu Beginn des Hochwassers in grössere Tiefe verfrachtet und ansonsten gelangt ein wesentlicher Anteil in die Sprungschicht. Deshalb können wir davon ausgehen, dass nur ein kleiner Anteil in die kritische mittlere Tiefe des Hypolimnions gelangt. Zudem wird das eingeschichtete Sihlwasser auf dem Weg zu den Fassungen der Seewasserwerke, selbst für das nahegelegene Seewasserwerk Merisbrunnen, wesentlich verdünnt. Bei den Seewasserwerken ist deshalb nur noch mit relativ geringer Trübung zu rechnen. Die beiden grossen Zürcher Seewasserwerke Lengg und Moos sind weit vom Auslaufbauwerk entfernt und die Verdünnung beträgt entsprechend mehrere Grössenordnungen. Eine wesentliche Beeinträchtigung durch Partikel wäre nur unter extremsten Niederschlägen denkbar, wobei die Trübung dann sehr wahrscheinlich lokale Gründe hätte und zudem die Einschwemmung von Problemstoffen (einschl. Coliforme von ARAs) eine grössere Gefährdung darstellen würde. Als vergleichbare Situation kann der Bodensee betrachtet werden, wo selbst die kritischste Fassung in Nonnenhorn wie auch alle anderen Werke - noch nie ausser Betrieb (auch nicht im August 2005) genommen werden musste. Wie Abbildung 2 zeigt, liegen jedoch die Fassungen der nahegelegenen Seewasserwerke Merisbrunnen (Thalwil; 1.7 Mio m 3 /yr), Hirsacker (Horgen; zusammen mit Appital Wädenswil 3.0 Mio m 3 /yr), Küsnacht-Erlenbach (Küsnacht; 1.6 Mio m 3 /yr) und Tannacker (Meilen; 1.6 Mio m 3 /yr) im Einflussbereich des potentiellen Sihlstollens und könnten kurzfristig eingetrübt werden. Im Rahmen der UVP sollte deshalb ge- 4

5 Abbildung 2 Bei der Überleitung von extrem trüben Hochwassern der Sihl könnten die in der Nähe des Auslaufbauwerkes bei Thalwil gelegenen Seewasserwerke Merisbrunnen (Thalwil), Hirsacker (Horgen), Küsnacht-Erlenbach, und Tannacker (Meilen) kurzfristig betroffen sein. klärt werden, ob (1) die betroffenen Seewasserwerke für einige Stunden (evt. ein Tag) ausser Betrieb genommen werden können und (2) ob die Stilllegung über solche Zeiträume ein Versorgungsproblem ergeben würde. (iv) Altlasten, Infrastruktur und Hangstabilität im Bereich des Auslaufbauwerkes Gemäss AWEL-internen Informationen (Werner Frei, Altlasten) befinden sich im Bereich der favorisierten Stollenachse (G14; Anhang) keine Teerablagerungen. Markante Teerablagerungen, etwas südlich des geplanten Auslaufbauwerkes, sind vor kurzem entfernt worden. Im Rahmen der Sanierungsarbeiten wurde jedoch festgestellt, dass im Raum Thalwil die obersten 50 bis 80 cm des Sediments grossflächig hohe Zinn-Belastungen aufweisen (ehem. Seidenfärberei). Die Ablagerungen wurden vom AWEL jedoch als nicht sanierungsbedürftig eingestuft. Bei allfälligen Aushubarbeiten sollte das Material trotzdem entsorgt werden. Zudem plant das AWEL einen Pilotversuch zur Kartierung von Altlasten im Uferbereich des Zürichsees. Bis zum Zeitpunkt der Realisierung des Auslaufbauwerks sollten allfällige Altlasten in der Uferzone bekannt sein. 5

6 Abbildung 3 - Reflektionsseismisches Profil des Zürichseeabhangs nahe des potentiellen Auslaufbauwerkes des Entlastungsstollens (Bildausschnitt ~500 m breit, abgebildete Wassertiefe von 10 bis 100 m). Der Profilausschnitt ist auf der Karte rechts blau umrandet. Im Bereich des Auslaufbauwerkes sind gemäss den Unterlagen der AWEL-Sektion Gewässernutzung keine bewilligten Infrastrukturen (Leitungen, Kabel, Rohre, etc.) vorhanden. Je nach Neigung des Seegrundes, können die oben beschriebenen Dichteströmungen (Trübeströme) hangseitig des Auslaufbauwerkes das lokale Sediment erodieren (Resuspension) und eventuell eine Vertiefung ausscheuern, entsprechend den oft beobachteten subaquatischen Kanälen in Zuflussdeltas. Da die Sedimentation im Untersee gering ist, wird das resuspendierte Material zwischen zwei Hochwassern kaum ersetzt. Die Sedimentmächtigkeit und die Hanginstabilitäten (Beschaffenheit) sollten deshalb im Bereich - insbesondere entlang des Talweges - des Auslaufbauwerkes bei der Detailplanung abgeklärt werden (Abbildung 3). Im speziellen können reflektionsseismische Untersuchungen die Mächtigkeiten und Strukturen der Sedimente aufzeigen, die bei hohen Abflüssen erodiert würden. Da die Sedimente sehr wasserreich und unverfestigt sind, wird nach einigen Hochwasserentlastungen die Sedimentunterkante durch die Erosion erreicht werden, so dass ein Kanal bis auf den Fels oder die anstehende Moräne erodiert würde. Die Entnahme von Sedimentkernen würden die Sedimenttypen und somit deren Erodierbarkeit aufzeigen. Das seismische Profil (Abbildung 3) zeigt, dass unweit des geplanten Auslaufbauwerkes die Sedimentmächtigkeit am oberen Abhang maximal ~3 m beträgt, welche jedoch lateral schwankt. Weitere seismische Untersuchungen könnten die Variation der Mächtigkeiten für den projizierten Talweg des Auslaufbauwerkes genauer bestimmen. 6

7 (v) Unnatürliche Gewässerverknüpfungen und invasive Arten Die Sihl und der Zürichsee sind heute dreifach miteinander verknüpft: Erstens natürlich durch die Verbindung vom Landesmuseum zum Zürichsee (Wehr beim Platzspitz; typischerweise 2.5 m Höhenunterschied), zweitens künstlich durch das SBB-Hochdruckkraftwerk Altendorf zwischen Sihlsee und Obersee (Etzelwerke), und drittens künstlich durch den Schanzengraben, welcher den Unterlauf der Sihl mit dem Zürichsee verbindet. Bei Hochwasser in der Sihl kann Sihlwasser durch den Schanzengraben unnatürlicherweise in den Zürichsee gelangen (~1 mal pro 30 Jahre). Aus diesen Gründen ist nicht denkbar, dass durch den Entlastungsstollen eine Verknüpfung von Arten zwischen den Einzugsgebieten der Sihl und des Zürichsees zu Stande kommt, welche nicht schon heute gegeben ist. (vi) Fische im Bereich des Auslaufbauwerkes Die von übergeleitetem Sihlwasser erzeugten Trübungswolken im Tiefenwasser / in der Sprungschicht des Zürichsees stellen zwar im Bereich des Untersees ein unnatürliches Phänomen dar (da keine grossen Flüsse münden), jedoch wird dies für die Fische aufgrund der kurzen Dauer der Trübungsereignisse und der Ausweichmöglichkeit kein Problem darstellen. (vii) Ausschwemmung von Jungfischen aus der Sihl Bei Hochwasser werden vor allem Jungfische aus der Sihl ausgespült. Dies stellt ein natürlicher Prozess dar und wird durch den Entlastungsstollen unwesentlich verändert. Die im Zürichsee ankommenden Fischarten sind gemäss (v) bereits heute dem Zürichsee nicht fremd. (viii) Eistrieb in der Sihl Bei den vorgeschlagenen Versuchen zum Einlaufbauwerk sollte auch Eistrieb mitbedacht werden, auch wenn die Wahrscheinlichkeit dafür als gering eingestuft wird (HW nicht während des Winters). (ix) Kompensation für Einlaufbauwerk an der Sihl Das Einlaufbauwerk an der Sihl - insbesondere das 80 m lange Streichwehr - stellt einen grossen Eingriff in die bereits stark veränderte Morphologie des Flussbettes der Sihl dar. Aus diesem Grund 7

8 scheint es uns angezeigt, diesen Eingriff durch Revitalisierungsanstrengungen in einem andern Flussabschnitt zu kompensieren. Gemäss mündlicher Mitteilung (C. Marti, AWEL) sind solche Massnahmen vorgesehen. Wir verweisen an dieser Stelle auf den entstehenden Synthesebericht (2012) zum langfristigen Hochwasserschutz und zur ökologischen Aufwertung an der Sihl. 4 Abklärungen im Rahmen der Umweltverträglichkeitsprüfung Das vorgeschlagene Projekt erscheint uns aus ökologischer Sicht grundsätzlich nicht problematisch und wir konnten in unserer Eawag-internen Diskussion keine offensichtlichen No-Go s erkennen. Bei der Umweltverträglichkeit sollten die folgenden Punkte - neben anderen hier nicht betrachteten Aspekten - mitberücksichtig werden: Wasserstandsänderungen Zürichsee: Die Möglichkeit gleichzeitiger Hochwasser im Zürichsee (Linth) und in der Sihl sollten untersucht werden. Dazu gehören auch die Möglichkeiten eines modellbasierten Hochwassermanagements sowie allfällige Änderungen des Wehrreglements und des Hilfsreglements in Hochwassersituationen. Die anvisierten Lösungen sollten darauf abzielen den Gesamtschaden zu minimieren. Auslaufbauwerk: Bei der Planung des Auslaufbauwerkes des Entlastungsstollens sollten die folgenden Abklärungen getroffen werden: (i) lokale Hangstabilität (allfällige seismische Aufnahmen) im Auslaufbereich, (ii) potentielle Verunreinigungen der Sedimente im Auslaufbereich (Zinn-Belastungen, siehe Kartierung Altlasten durch AWEL), und (iii) Entsorgung von potentiell verunreinigtem Aushubmaterial vom Zürichsee. Seewasserwerke: Die Fassungen der Seewasserwerke Merisbrunnen (Thalwil), Hirsacker (Horgen), Küsnacht-Erlenbach, und Tannacker (Meilen) befinden sich im Einflussbereich des Sihlstollens. Im Rahmen der UVP sollte deshalb geklärt werden, (i) ob diese Seewasserwerke allenfalls kurzfristig ausser Betrieb genommen werden könnten und (ii) ob eine kurzfristige Stilllegung zu Versorgungsproblemen führen könnte. Einlaufbauwerk: Neben der möglichen Verklausung durch Holztrieb sollte auch die Gefahr durch Eistrieb in Betracht gezogen werden. Revitalisierungsmassnahmen: Es erscheint uns sinnvoll, im Rahmen der Planung des Entlastungsstollens (und des Einlaufbauwerkes im speziellen) die künftigen möglichen Revitalisierungsmassnahmen an der Sihl zu evaluieren. 8

9 5 Referenzen Finger D., Schmid M. und Wüest A. (2006). Effects of upstream hydropower operation on riverine particle transport and turbidity in downstream lakes. Water Resources Research 42, W08429, doi: /2005wr IUB (2010). Sihlentlastung in den Zürichsee, Machbarkeitsstudie, Technischer Bericht, 23. Dezember Scherrer (2007). Eine Literaturauswertung der Hochwasser an der Sihl und der Limmat (1846, 1852, 1874, 1876, 1910 und 1953). Im Auftrag von AWEL Zürich, Scherrer AG Hydrologie und Hochwasserschutz. Synthesebericht (2012). Langfristiger Hochwasserschutz Sihl, Synthese zur Konzeptfindung, AWEL, in Vorbereitung. Wehrreglement (1977). Reglement 6. Dezember 1977 für die Regulierung der Wasserstände des Zürichsees, auf Grund des Bundesbeschlusses über die Regulierung des Zürichsees vom 24. Juni ZSL (2007). Zürichsee Landschaftsschutz: Seeregulierung Zürichsee, Kurzgutachten, OePlan Rapperswil, Juli Dank Ich möchte mich bei den Kollegen für Input und Rückmeldungen bedanken: Florian Altermatt, Flavio Anselmetti, Peter Billeter, Adrian Huber, Christian Marti, Ruedi Müller, Armin Peter, René Schaubhut, Martin Schmid, Patrick Steinmann, Bernhard Wehrli. Besten Dank. 9

10 Anhang: Lage des projektierten Entlastungsstollens Sihl-Zürichsee - Ende des Dokuments - 10