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Hydraulische Modellierung

Nach der Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) der EG ist bis 2015 in den Mitgliedsstaaten der EU ein guter Zustand der Oberflächengewässer zu erreichen. Voraussetzung zur Verwirklichung dieses Ziels ist die Kenntnis über die Strömungs- und Transportvorgänge, welche die Entwicklung der Flüsse und Bäche maßgeblich bestimmen. sje verfügt über eingehende Erfahrungen im Bereich Gewässerhydraulik und hydraulische Modellierung. Sowohl Standardaufgaben wie Wasserspiegelberechnungen und hydraulische Dimensionierung von wasserbaulichen Anlagen als auch der Einsatz von 1D- und 2D-Modellen zur Untersuchung des Strömungsverhaltens von Niedrigwasser- bis zu Hochwassersituationen gehören zum Leistungsangebot von sje.

Ökohydraulik

Im Rahmen von gewässerökologischen Untersuchungen wird immer häufiger die Forderung nach quantitativen Angaben und Prognosemöglichkeiten gestellt. Ökohydraulische Ansätze, wie sie in Habitatmodellen verwendet werden, erfüllen diese Forderungen dadurch, dass strukturelle und hydraulische Eigenschaften der Oberflächengewässer direkt mit Ansprüchen von Gewässerbewohnern verknüpft werden. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, das Angebot an geeigneten Lebensräumen in Abhängigkeit vom Abfluss, aber auch für verschiedene Szenarien der Gewässerentwicklung vorauszusagen. Derartige Vorraussagen sind sowohl für die ökologische als auch ökonomische Optimierung von wasserbaulichen Maßnahmen von größtem Nutzen.

Rückbau und Renaturierung

Nachdem sich in den meisten Oberflächengewässern die Gewässergüte in den letzten Jahren erheblich verbessert hat, treten die morphologischen und hydraulischen Defizite, d.h. die Beeinträchtigungen aus dem zumeist nicht mehr intakten Zusammenspiel von Strömung und Gewässerstrukturen, deutlich zutage. Einzelmaßnahmen wie die Entfernung von Querbauwerken, Anlegen von Flachwasserzonen, Rückverlegung von Deichen, Anbindung von Altgewässern u.ä. sind sinnvolle Maßnahmen.

Für dauerhafte Verbesserungen muss jedoch oberstes Ziel sein, den Flüssen zumindest einen Teil ihrer Eigendynamik zurückzugeben. Die lässt sich am ehesten durch eine Entfesselung, eine Befreiung der Fließgewässer aus dem ihnen angelegten "Korsett", bewerkstelligen. Schritte in diese Richtung sind unter anderem das Zulassen lokaler Erosion, die Duldung von Gewässerverlagerungen und das Belassen von Strukturelementen wie Totholz im Gewässer.

Gewässerentwicklung

Um der bereits oben formulierten Forderung nach einer naturnahen Entwicklung der Fließgewässer zu entsprechen, sind mittlerweile Instrumente für ein zielgerichtetes Vorgehen entwickelt worden. Durch die Erstellung von Gewässerentwicklungskonzepten für die größeren Gewässer werden die wasserwirtschaftlichen Ziele für Gewässerabschnitte formuliert. Diese dienen als Grundlage für die Erstellung von Gewässerentwicklungsplänen, in denen konkrete Maßnahmen für eine dem Naturraum entsprechende Entwicklung ausgearbeitet werden. sje bietet Leistungen sowohl für die Erstellung von Gewässerentwicklungskonzepten als auch Gewässerentwicklungsplänen an.

Mindestwasseruntersuchungen

Eine der wichtigsten Fragen im Zusammenhang mit der Wasserkraftnutzung an Ausleitungskraftwerken aber auch mit anderweitig begründeten Wasserentnahmen ist das Mindestwasser. Dadurch dass ein Teil des natürlichen Abflusses im Mutterbett verbleibt, soll zum einen die ökologische Funktionsfähigkeit des betroffenen Gewässerabschnitts - der Ausleitungsstrecke - garantiert werden. Zum anderen geht dieses Wasser einer Nutzung durch Turbinierung in der Wasserkraftanlage oder für Kühlungs- und Bewässerungszwecke verloren. Dies kann insbesondere bei kleinen Wasserkraftanlagen die Rentabilität gefährden. Die Frage nach der Größe des ökologisch notwendigen Mindestabflusses ist daher höchst strittig.

Durch die von sje verwendeten modernen Werkzeuge der Habitatmodellierung kann die Abhängigkeit der Gewässerlebensräume vom Abfluss quantitativ ermittelt und anschaulich dargestellt werden. Aus derartigen Untersuchungen abgeleitete Mindestabflüsse, die den jahreszeitlich veränderlichen Ansprüchen der Gewässerbewohner angepasst werden, sind oftmals ökologisch und wirtschaftlich vorteilhafter als durch pauschale Ansätze festgelegte konstante Regelungen.

Wasserkraft / Energiekonzepte / Zertifizierung

Der Großteil der derzeitigen Energieproduktion basiert auf den Primärenergieträgern Kohle, Gas und Uran. Abgesehen davon, dass mit den damit verbundenen Produktionsprozessen größte Umweltbelastungen verbunden sind (CO2-Problematik, Endlagerung u.ä.) gehen diese Ressourcen in den nächsten Jahrzehnten zur Neige. Die Bedeutung der erneuerbaren Energien und damit der mengenmäßig wichtigsten unter ihnen, der Wasserkraft, nimmt demzufolge permanent zu. Umso wichtiger ist eine nicht nur umweltverträgliche, sondern auch effiziente Wasserkraftnutzung.

Bei der Konzeption neuer und Optimierung bestehender Wasserkraftanlagen existieren eine Vielzahl von Möglichkeiten diese Effizienz und damit gleichzeitig die Rentabilität zu steigern. Dies schafft wiederum größere Spielräume für die Verbesserung der ökologischen Funktionsfähigkeit betroffener Gewässersysteme. Der enge Zusammenhang zwischen ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten der Wasserkraftnutzung äußert sich auch darin, dass mit "Ökostrom" aus wirklich umweltverträglich betriebenen Wasserkraftanlagen ein erhöhter Erlös erzielt werden kann, der nicht nur dem Erzeuger sondern auch der Umwelt zugute kommt.

sje führt zum einen Effizienzuntersuchungen und Rentabilitätsrechnungen für Wasserkraftanlagen durch, zum anderen ist das Büro Fachauditor für die Zertifizierung von Wasserkraftanlagen durch den Verein für umweltgerechte Elektrizität (VUE, Schweiz), der das derzeit hinsichtlich Umweltverträglichkeitskriterien weitreichendste Ökostrom-Label "naturemade star" vergibt.

Wasserbau

Bei der Durchführung wasserbaulicher Planungen sind heute mehr denn je fachübergreifende Aspekte zu beachten. So wirkt sich die Zielsetzung, Gewässer und angebundene Ökosysteme so wenig wie möglich zu beeinträchtigen, unmittelbar auf den Planungsprozess aus. Die Konzeption einer wasserbaulichen Anlage, die gleichzeitig Aspekte wie Fischwanderung, natürliches Abflussregime, Lebensräume in und am Gewässer, Sedimenthaushalt u.a. mit einschließt, erfordert technische und umweltwissenschaftliche Kompetenzen. Dabei hilft die frühzeitige Berücksichtigung umweltrelevanter Fragen nicht nur Kosten zu sparen, sondern erhöht auch die Akzeptanz von Eingriffen in das Gewässer und führt so oftmals zu einer Beschleunigung von behördlichen Verfahren.

Flussgebietsmanagement

In den letzten Jahren ist deutlich geworden, dass für eine nachhaltige Verbesserung der Fließgewässer lokale Maßnahmen nicht ausreichend sind. Da Flüsse und ihre Ökosysteme hierarchisch gegliedert sind, müssen Maßnahmen, die langfristige Effekte erzielen sollen, deshalb in den oberen Ebenen dieser Hierarchie greifen. Im Rahmen des Flussgebietsmanagements werden Fließgewässer in ihrer Ganzheit betrachtet und Eingriffe hinsichtlich ihrer Wirkung auf das Gesamtsystem überprüft.

sje ist Partner in einer Arbeitsgruppe, die im Rahmen des von der EU zur Förderung vorgesehenen Projekts RIVERTWIN an der Entwicklung eines integrierten Modells für ein derartiges Management arbeitet. Dabei fließen verschiedenste Aspekte wie Landnutzung, Klimaänderung, Geologische Randbedingungen, soziologische Aspekte u.ä. in die Gesamtbewertung und strategische Planung ein.

Vermessung

Für die Bearbeitung wasserwirtschaftlicher und wasserbaulicher Projekte ist die Bereitstellung einer verlässlichen Datengrundlage Voraussetzung Nummer eins. Dazu gehören exakte tachymetrische Aufnahmen, ohne die ein Einsatz von neuartigen Instrumenten wie Hydraulikmodellen und Simulationssystemen nicht sinnvoll ist. sje führt Vor-Ort-Erhebungen mit modernem Vermessungsgerät selbst durch und nimmt die zugehörige Datenauswertung und GIS-basierte Datenaufbereitung vor.

Modellentwicklung

Die numerische Modellierung gewinnt für die Untersuchung der äußerst komplexen Zusammenhänge innerhalb von Fließgewässer-Ökosystemen zunehmend an Bedeutung. Dabei sind die zur Verfügung stehenden Instrumente sowohl an neue wissenschaftliche Erkenntnisse als auch an die Anforderungen der Praxis anzupassen.

sje ist in Kooperation mit dem Institut für Wasserbau der Universität Stuttgart maßgeblich an der Weiterentwicklung des Modellsystems CASiMiR beteiligt, mit dessen verschiedenen Modulen die Lebensräume in Fließgewässern, aber auch die Rentabilität von Wasserkraftanlagen untersucht werden kann. Durch die Teilnahme von Mitarbeitern im European Aquatic Modelling Network zum EU-weiten Austausch neuer Entwicklungen in der Modellierung von Wassersystemen ist die Einbindung neuester Erkenntnisse in das Modellsystem gewährleistet.