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Bild: © Jonathan Molina

Artikel aus aqua viva 2/2023

Mehr Restwasser für die Biodiversität in Schweizer Flüssen

Wenn Kraftwerke Wasser ableiten, entstehen oft Restwasserstrecken mit prekären Lebensräumen für Fische und andere Wasserlebewesen. Die Vernetzung mit den Ökosystemen im Gewässerraum geht verloren und in Folge des Klimawandels erhitzen die geringen Abflüsse immer stärker. Um den Verlust der aquatischen Biodiversität zu begrenzen, müssen wir die Restwassermengen erhöhen.

von Bernhard Wehrli


«Die desolate Situation der Restwasserstrecken ist einer der Gründe für die akute Biodiversitätskrise in unseren Fliessgewässern.»

Bernhard Wehrli, Professor Emeritus für Aquatische Chemie, ETH Zürich

Gegenwärtig laufen vielfältige Angriffe gegen den Vollzug angemessener Restwassermengen. Diese Mindestabflüsse unterhalb von Wasserfassungen schützen die ökologische Funktion der Fliessgewässer (BAFU 2000). Sie sind wissenschaftlich abgestützt, als Minimalwerte definiert und dienen als Ausgangspunkt für lokal angepasste Lösungen (GSchG, Art 29ff). In der Debatte um das Stromversorgungsgesetz im Herbst 2022 forderte der Nationalrat, diese Bestimmungen vorerst bis 2035 zu sistieren, um die Stromproduktion minimal zu erhöhen. Er möchte damit ein Privileg der Kraftwerke mit laufenden Konzessionen verlängern. Für sie gelten stark reduzierte Restwassermengen, welche sich an der Wirtschaftlichkeit statt am ökologischen Bedarf orientieren (GSchG, Art 80ff). Im gleichen Sinn hat der Bundesrat im vergangenen Winter die ökologisch fundierten Restwassermengen bei 45 Kraftwerken temporär aufgehoben, um etwas mehr Wasser auf die Turbinen zu leiten. In einem weiteren Angriff auf den Gewässerschutz möchte eine Motion sogar die «ehehaften Rechte» von Kleinkraftwerken festschreiben (Motion 23.3498), obwohl das Bundesgericht diese Rechte als verfassungswidrig erklärte. Zudem haben viele Kleinkraftwerke eine schlechte Umweltbilanz (Lange et al. 2019). Es ist deshalb Zeit, der Kraftwerklobby im Parlament mit einem wissenschaftlichen Blick auf die ökologischen Kosten einer verzögerten Restwassersanierung zu antworten (siehe Titelbild).

Wo fliesst zu wenig Restwasser?

Die Schweizer Kraftwerke betreiben über 1000 sanierungspflichtige Wasserfassungen mit Defiziten im natürlichen Abfluss (Baumgartner 2021). Der Vorderrhein verschwindet beispielsweise schon unterhalb der Rheinquelle am Toma See in einer Wasserfassung, die im Stausee Curnera endet. Ab dort bleibt das Wasser in Druckleitungen und treibt nacheinander in den Zentralen Sedrun, Tavanasa und Ilanz die Turbinen an. Diese Kraftwerkskette legt viele seitliche Zuflüsse praktisch trocken und vermindert das saisonale Abflussregime im Vorderrhein (Abb. 1). Erst in der Rheinschlucht unterhalb Ilanz fliesst wieder die gesamte Wassermenge. Allerdings folgt der Abfluss dort den starken Schwankungen der Stromproduktion. Insgesamt reduzieren die Kraftwerke im Vorderrhein den Wasserfluss auf einer Strecke von über 100 Kilometer Länge. In der ganzen Schweiz warten etwa 2700 Kilometer Fliessgewässer auf angemessene Restwassermengen (Uhlmann & Wehrli 2011). Sie werden erst 80 Jahre nach dem Bau der Kraftwerke saniert, wenn deren Konzession abläuft. Die grosse Welle der Neukonzessionierungen erfolgt deshalb erst in etwa zwei Jahrzehnten (Abb. 2). Am Vorderrhein laufen die Konzessionen der Zentralen Tavanasa und Sedrun erst im Jahr 2048 ab. Bis dahin wird sich der Druck auf die aquatische Biodiversität verschärfen.

Abbildung 1. Monatliche Mittelwerte des Abflusses im Vorderrhein bei Tavanasa. Natürliche Situation vor Inbetriebnahme der Kraftwerke verglichen mit Restwasserdotierung beim Wehr in Tavanasa. Quellen: Marrer & Klötzli (1980), Axpo (2023).

Prekäre Lebenssituation

Die desolate Situation der Restwasserstrecken ist einer der Gründe für die akute Biodiversitätskrise in unseren Fliessgewässern. In der Schweiz kommen über 80 Prozent aller Arten in Gewässern mit ihren anliegenden Ökosystemen vor. Dies sind 36 000 Tier- und Pflanzenarten (Altermatt et al. 2022). Bei der Anzahl ausgestorbener Fischarten hält die Schweiz den traurigen vierten Platz weltweit. Zudem stehen ungefähr 60 Prozent den verbleibenden Fischarten und der untersuchten Gewässerinsekten auf der Roten Liste der gefährdeten und potenziell gefährdeten Arten.

Zu geringe Restwassermengen führen als erstes zum Verlust der typischen saisonalen Dynamik mit starkem Schmelzwasser im Frühsommer wie zum Beispiel am Vorderrhein bei Tavanasa (Abb. 1). Dies beeinträchtigt kritische Lebensphasen der Jungfische und die Eiablage der Insekten. Darüber hinaus fehlen in Restwasserstrecken die kleinen und mittleren Hochwasserereignisse, was die natürliche Umlagerung der Flusssohle verhindert: Bei langsamen Abflüssen verstopft die Porenstruktur im Kies mit feinen Ablagerungen (Rubuis & De Cesare 2023). Wird Kies nicht regelmässig durch Hochwasser aufgewirbelt, gehen die Schutz- und Lebensräume für Insektenlarven verloren. Damit fehlt auch die Nahrungsgrundlage für die Fischpopulation. Erschwerend kommt dazu, dass Forellenweibchen in den verhärteten Untergrund keine Laichgrube mehr schlagen können, was die Naturverlaichung unmöglich macht.

Solche Zusammenhänge zwischen Lebensraum und Fischdiversität in der Schweiz untersuchte die Studie «Progetto Fiume» (Brodersen et al. 2023). In Restwasserstrecken von Kleinkraftwerken fanden die Autoren einen erhöhten Anteil von Lebensräumen mit geringer Fliessgeschwindigkeit und wenig Dynamik im Bachbett. Deshalb waren strömungsliebende Insekten seltener. Als Folge litten Forellen in der Restwasserstrecke unter Nahrungsmangel. Dies zeigte sich im verminderten Körpergewicht, was die Reproduktionsfähigkeit beeinträchtigen kann.

Forschende des Projektes «Ökostrom» kamen bei den Kraftwerken im Bleniotal zu einem ähnlichen Schluss: In den verarmten Lebensräumen der Restwasserstrecke bei Malvaglia fanden sie nur noch fünf Fischarten, während ein Flussabschnitt unterhalb des seitlichen Zuflusses der Lesgiüna einen gut strukturierten Lebensraum für elf verschiedene Fischarten bot (Bratrich et al. 2004). In vielen Restwasserstrecken ohne seitliche Zuflüsse sind künstliche Hochwasser nötig, um die Struktur und Dynamik der Lebensräume zu verbessern (Robinson et al. 2023). Studien am Spöl haben gezeigt, dass kurzzeitig stark erhöhte Restwassermengen den Lebensraum Wasser und seine Vernetzung mit dem Umland verbessern.

Abbildung 2. Die ökologische Sanierung der Restwasserstrecken erfolgt bei Ablauf der Konzession. Wenn zum Beispiel im Jahre 2042 mehrere grosse Kraftwerke die Konzessionen erneuern, wird die Erhöhung der Restwassermengen zu deutlichen Produktionseinbussen führen. In den nächsten 15 Jahren stehen jedoch nur kleinere und mittlere Sanierungen an. Kraftwerke mit weniger als 10 MW Leistung und Flusskraftwerke ohne Restwasserstrecke sind in der Grafik nicht berücksichtigt. Quelle: BFE (2021), Statistik der Wasserkraftwerke.

Wenn Vernetzung und Verdünnung ausfallen

Wenn das Bachbett in Restwasserstrecken praktisch austrocknet, verschwindet die intensive Wechselwirkung zwischen Fluss und den angrenzenden Lebensräumen wie Kiesbänken und Flussauen. Das Verbundprojekt «Wasserbau und Ökologie» hat diese Zusammenhänge im Detail untersucht (BAFU 2023). Gut vernetzte Flussauen sind wichtige Refugien für die Wasserlebewesen bei grossen Hochwasserereignissen, die bedingt durch den Klimawandel immer häufiger auftreten. Solche Überflutungen schwemmen die verletzlichen Wasserlebewesen weg, wenn die Rückzugsräume in Restwasserstrecken vom Fluss abgeschnitten sind.

Auch durch den Austausch von Stoffen sind intakte Fliessgewässer mit dem Umland eng vernetzt. Wenn zum Beispiel Eintagsfliegen für die Paarung und Eiablage aus dem Wasser aufsteigen, dann transportieren sie lebenswichtige Omega- 3-Fettsäuren vom Wasser aufs Land. Diese Substanzen werden von Algen gebildet und reichern sich in der aquatischen Nahrungskette an. Die meisten Landpflanzen können diese speziellen Fettsäuren jedoch nicht produzieren. Der Flug der Eintagsfliegen wirkt deshalb für die angrenzenden Landökosysteme wie ein Vitamintransfer. Solche Synergien unterstützen die hohe Biodiversität entlang von Flussläufen. Diese neuen Erkenntnisse unterstreichen die Dringlichkeit, die Restwassermengen über den Minimalwert hinaus zu erhöhen, um Fliessgewässer «als Lebensraum für die davon abhängige Tier- und Pflanzenwelt, samt deren Artenreichtum » zu erhalten (GSchG, Art 33). Der gleiche Gesetzesartikel verlangt auch eine sichere Verdünnungsfunktion der Fliessgewässer, um die toxische Wirkung von Schadstoffen zu verhindern. Dass diese Vorschriften erst bei Ablauf der Konzession greifen sollen, ist heute nicht mehr zu vermitteln. Die Artenvielfalt unserer Gewässer steht wegen der Klimakrise bereits zusätzlich unter Druck.

Klimaerwärmung in alpinen Gewässern

In den Gebirgsregionen der Erde zeigt sich die Klimakrise viel stärker als im globalen Mittel. Bis 2060 wird es, je nach Klimaschutz, im Schweizer Hochgebirge 30 bis 50 Frosttage weniger geben (NCCS 2018). Der Gletscherschwund ist bereits jetzt massiv. Allein innerhalb eines Jahres hat der Gletscherforscher Matthias Huss auf dem Konkordiaplatz des Aletschgletschers einen Eisverlust von sechs Metern gemessen. Ohne Klimaschutz wird dieser grösste Gletscher der Alpen bis 2100 fast vollständig abschmelzen (Jovet & Huss 2019). Der Gletscherrückgang trifft spezialisierte Insektenarten in alpinen Flüssen hart. Zusätzliche Refugien, wie neue Gletschervorfelder, werden für den Arterhalt daher noch wichtiger als bisher (Wilkes et al. 2023).

Bereits in den vergangenen vier Jahrzehnten stieg die mittlere Jahrestemperatur in grossen Schweizer Fliessgewässern um 0,8 bis 1,3 Grad an (Zobrist et al. 2018). Abhängig vom Erfolg der CO2-Einsparungen werden die Temperaturen in Bächen und Flüssen um weitere +1 bis gar +5,5 Grad ansteigen (NCCS 2021). Für die Bachforellen der Schweiz haben wir das 1,5 Grad-Ziel bereits verfehlt. In vielen Restwasserstrecken wird die Situation im Sommer für Forellen unerträglich werden, die Fische fühlen sich bei 13 Grad wohl, bei 20 Grad geraten sie unter Stress. Heizt sich der Fluss über 25 Grad auf, wird die Situation für die Forellen lebensbedrohlich: Mit steigender Temperatur löst sich weniger Sauerstoff im Wasser, während sich der Stoffwechsel der Fische intensiviert. Für die Fischpopulationen ist es daher vor allem im Sommerhalbjahr überlebenswichtig, dass die Politik möglichst rasch höhere Restwassermengen verfügt.

Abbildung 3. Die Schweizer Stromproduktion übersteigt den Verbrauch (blaue Linie) im Sommer deutlich. Die entsprechenden Exportüberschüsse illustrieren den grossen Spielraum für höhere Restwassermengen im kritischen Sommerhalbjahr. Quelle: Swiss Energy Charts.

Die Schweiz hat Nachholbedarf

Beim Schutz der Biodiversität ist die Schweiz das traurige Schlusslicht in Europa. Im Durchschnitt schützen die Länder der EU über 26 Prozent ihrer Landesfläche. Mit knapp 11 Prozent liegt die Schweiz weit abgeschlagen am Ende (Naturschutz.ch 2023). Auch bei der Sanierung von Restwasserstrecken hinkt die Schweiz inzwischen den internationalen Standards hinterher. Während die Wissenschaft die Idee «Restwasser» in Richtung Wasser für die Umwelt oder «environmental flows» erweiterte (Acreman & Ferguson 2010, Berthot et al. 2021), sanierten unsere Nachbarländer bereits viele Restwasserstrecken. Energiepolitisch verfügen wir über genügend Spielraum, um zugunsten der aquatischen Biodiversität die Restwassermengen zu erhöhen. Jeden Sommer exportiert die Schweiz ihre Stromüberschüsse ins Ausland. Der Ausbau von Photovoltaik wird diesen Trend in den nächsten Jahren noch verstärken (Abb. 3). Im Winter sind die Schweizer Stromversorger zwar Netto-Importeure, wegen höher liegenden Schneegrenzen werden die mittleren Winterabflüsse jedoch um 10 bis 30 Prozent ansteigen (NCCS 2021). Es gibt deshalb keine stichhaltigen Gründe, die Erhöhung der Restwassermengen zu verzögern. Im Gegenteil, die betroffenen Gewässerstrecken müssen möglichst schnell saniert werden, um die aquatische Biodiversität trotz Klimakrise zu erhalten.

Bernhard Wehrli

war bis 2022 Professor für Aquatische Chemie am Departement Umweltsystemwissenschaften der ETH und Gruppenleiter an der Abteilung für Oberflächengewässer der Eawag.
 
Kontakt:
Bernhard Wehrli
Eawag Abteilung Oberflächengewässer
Seestrasse 79, 6047 Kastanienbaum

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