Die EU-Wasserrahmenrichtlinie mit ihren Anforderungen zur Durchgängigkeit der Gewässer ist heute fester Bestandteil der europäischen Umweltthemen.

Ebenso ist die Verlandung insbesondere alpiner Speicher allen Betroffenen sehr bewusst. Vielen ist dabei aber noch nicht bewusst, dass die Entlandung von Speichern auch als Maßnahme der Sedimentdurchgängigkeit erfolgen kann und zumeist sollte. Richtig angewandt hat dies nicht nur erhebliche ökologische Vorteile. Vielmehr stellt es im Regelfall auch die deutlich kostengünstigere Variante einer langfristigen Entlandung dar. In den meisten Fällen ist eine fachgerechte Sedimentdurchgängigkeit darüber hinaus die einzige Möglichkeit, Speicher nachhaltig zu bewirtschaften und Gewässersysteme in ihrer Form dauerhaft zu erhalten.

Sediment ist ein ebenso integraler Gewässerbestandteil wie Wasser, Fauna und Flora. Entsprechend führt jedes Gewässer Sediment mit sich, bis in die alpinen Hochregionen hinein. Der natürliche Sedimenttransport ist dabei durchaus Schwankungen unterworfen. Über längere Zeiträume besteht in ungestörten Gewässern nach menschlichen Maßstäben dennoch ein Gleichgewicht von Erosion und Sedimentation entlang des Gewässerverlaufs.
In Stauseen wird Sediment durch die gegenüber einem Fließgewässer deutlich geringere Fließgeschwindigkeit dagegen in großen Maßstäben zurückgehalten, auch wenn der jeweilige Betreiber eben dies selbstverständlich nicht beabsichtigt. In großen Talsperren erlaubt das Anlegen eines betrieblich nicht genutzten Totraums unterhalb des eigentlichen Betriebsraums eine gewisse Akkumulation von Sediment. Im Endeffekt führt dies aber nur zu einem Zeitgewinn bei der Sedimentation des Reservoirs.
Das Anlegen von Vorsperren im Bereich der Stauwurzel von Stauseen erlaubt das Abtrennen des groben Sediments und eines Teils des Feinmaterials, bevor es die Hauptsperre erreicht. Ein großer Teil des Feinstmaterials passiert dagegen die Vorsperren und lagert sich dennoch in der Hauptsperre ab. Das Problem der Sedimentation von Stauseen wird damit verringert, aber nicht abschließend gelöst.

Spülung oder Baggerung
Die Spülung von Stauseen war früher eine vermeintlich einfache Methode, um angesammeltes Sediment aus Stauseen auszutragen. Zum einen ist dies wegen des in sehr kurzer Zeit großen Sedimentabgangs ökologisch zumeist nicht mehr verantwortbar. Zum anderen wird bei solchen Spülvorgängen dennoch nur ein geringer Teil der gesamten akkumulierten Sedimentmenge aus dem Stausee ausgespült. Im Einzelfall wird es in sehr begrenztem Umfang noch durchgeführt, um den Grundablass einer Talsperre frei zu halten.
Das Ausbaggern von Stauseen scheitert zumeist zum einen an dem für eine Deponierung des Materials erforderlichen Platzbedarf, zum andern an den außerordentlich hohen Kosten für Baggerung, Transport und Deponierung. Eine Verwertung des Materials kommt auf Grund des hohen Feinkornanteils in der Regel nicht in Frage. Durchgeführt werden solche Baggerungen, wenn Betriebsorgane verlegt sind oder die Staumauer von der zusätzlichen Auflast des Sediments frei zu halten ist.

Enormes Sediment-Defizit
Parallel zu den hohen Kosten von Sediment-Entfernungen führen solche Extraktionen zu dem Problem, dass das für das morphologische Gleichgewicht dringend erforderliche Sediment dem System Fließgewässer dauerhaft entzogen wird. Das nachfolgende Fließgewässer holt sich das benötigte Sediment ersatzweise aus seinem Gewässerbett. In Folge kommt es deshalb zu einer erheblichen Erosion der nachfolgenden Fließstrecken. Verbunden mit anderen Effekten führt bereits der heutige Sedimentrückhalt in den Stauseen der Rhein-Zuflüsse zu einem aktuellen Sediment-Defizit von 2,5 Mio. t pro Jahr an der deutsch-niederländischen Grenze, verbunden mit einem in den kommenden Jahrzehnten bevorstehenden Sohldurchbruch in die unterliegenden tertiären Sand-schichten. Das aktuelle Sediment-Defizit wird nicht einmal durch die beachtlichen Ersatzzugaben der Wasser- und Schifffahrts-verwaltung ausgeglichen, die aus Baggerbetrieben der Umgebung beigebracht werden. Dabei ist heute bekannt, dass im Unterlauf von Gewässern sogar die feineren mitgeführten Sedimentfraktionen morphologisch vorteilhaft sind und die Gewässererosion mindern.

Sediment in Gewässern belassen
Am sinnvollsten ist es daher, das ursprüngliche Sediment im Gewässer zu belassen. An einen sehr guten Gewässerzustand wird bereits heute gemäß Anhang V der EU-Wasserrahmenrichtlinie die Anforderung gestellt, auch einen Sedimenttransport zu er-möglichen. Für die allgemeine Zustandseinwertung von Gewässern werden derzeit beispielsweise durch die deutsche „Länderarbeitsgemeinschaft Wasser“ Kriterien aufgestellt, die explizit auch einen funktionierenden Sedimenttransport mit berücksichtigen. Die Bedeutung desselben auch für andere ökologische Aspekte war lange unterschätzt worden. Ähnliches gilt für eine naturnahe Gewässersohle. So sind Kieslückensysteme wichtig für das Überleben vieler Fischarten. Das weitgehende Fehlen sandiger Bereiche ist dagegen häufig ein Zeichen gestörten Sedimenthaushalts.
Soll das ursprüngliche Sediment im Gewässersystem verbleiben, bedeutet dies in technischer Hinsicht, es dem Abfluss aus dem Stausee in geeigneter Form wieder zuzugeben. Da Spülungen aus den oben genannten Gründen weitgehend ausscheiden, bleiben andere technische Lösungen. Diese müssen einen naturnahen Sedimenttransfer ermöglichen. Anlagentechnisch ist dies beispielsweise durch den ConSedTrans-Prozess möglich, in dem das Sediment im Stausee quasikontinuierlich durch Saugeinrichtungen aufgenommen und dem jeweiligen Abflussorgan über eine schwimmende Transferleitung zugeführt wird.
Derartige Anwendungen sind seit mehreren Jahren in unterschiedlichen Größen in Betrieb. Hierbei lassen sich Sedimente verschiedener Korngrößen bis in den Grobkies-bereich hinein transportieren, wobei die jeweils maximale Korngröße eingestellt werden kann.

Durchdachter Sedimenttransfer bringt viele Vorteile
Eine solche Sedimentdurchgängigkeit beginnt mit einer Bemessung des Sediment-transfers. Neben anlagentechnischen und betrieblichen Randbedingungen ist hierbei die Hydrologie und bisherige Morphologie des Gewässers entscheidend. Es gilt, die morphologische und biologische Aufnahmefähigkeit des Gewässers für Sediment zu bestimmen. Die Entsedimentierung verlandeter Stauseen beginnt mit einer in der Regel mehrjährigen Phase erhöhter Sedimentweitergabe, bis die gewünschte Stauseekontur wieder herstellt ist. Daran schließt sich eine Sedimentdurchgängigkeit mit verringerter Leistung an, die den Stausee dauerhaft in seiner gewünschten Form und auch das Sedimentgleichgewicht erhält. Verglichen mit bisherigen Lösungsansätzen ist ein solcher Sedimenttransfer nicht nur wesentlich ökologischer, sondern auch erheblich wirtschaftlicher durchführbar. Die Ersparnisse durch eine geringe Gewässererosion bzw. Kompensationsmaßnahmen unterhalb sind hierbei noch gar nicht eingerechnet.
Entsprechend den jeweiligen örtlichen Anforderungen gilt es, die passende schwimmende Ausrüstung für eine Sedimentdurchgängigkeit auszuwählen. Zum Transfer des Sediments bietet sich an Wasserkraftanlagen zumeist der normale Triebwasserweg an. Zum einen wird so der Aufbau einer zusätzlichen parallelen Leitungsführung vermieden. Zum anderen ist mit der regelmäßigen Triebwasserabgabe auch eine Verfrachtung des transferierten Sediments sichergestellt.

Rücksicht auf Turbinen
Bei dieser Standardvariante ist selbstverständlich die Verträglichkeit mit dem Turbinenbetrieb zu berücksichtigen. Kaplan-Turbinen weisen in der Regel keine Einschränkungen für eine Sedimentdurchgängigkeit auf. Auch bei Francis-Turbinen ist die Möglichkeit für einen Sedimenttransfer meist gegeben, wobei Randbedingungen zu beachten sind. Falls in wenigen Fällen Abrasion dennoch ein Thema sein sollte, lässt sich dies zumeist mit einer geeigneten Beschichtung lösen. Die bei einem Sedimenttransfer erzielten Feststoffgehalte liegen sehr weit unter denen, die aus extremen Beispielen einiger asiatischer oder südamerikanischer Flüsse bekannt sind. Selbst für den denkbaren Fall von Maschinenverschleiß durch Sedimenttransfer lägen die Kosten für Ersatzmaßnahmen sehr deutlich unter dem Kostenvorteil gegenüber alternativen Entlandungsstrategien. Für einen gewässerunterhaltungspflichtigen Kraftwerksbetreiber bietet sich also hier neben dem ökologischen auch ein ökonomischer Vorteil.
Pelton-Turbinen sind auf Grund der hydraulischen Laufradkontur und den sehr hohen Anströmgeschwindigkeiten empfindlicher für Abrasion als andere Anlagentypen. Aber auch hier gibt es Beispiele erfolgreichen Sedimenttransfers durch Pelton-Maschinen. Sollte kein Transfer durch die hydraulischen Arbeitsmaschinen gewünscht sein, lassen sich andere Abflussorgane oder ein alternativer Transferweg wählen.

Chancen und Herausforderungen
Für die Planung von Maßnahmen zur Sedimentdurchgängigkeit ist selbstverständlich neben der technischen auch hydrologische und ökologische Kompetenz erforderlich. Letztere erhält besondere Bedeutung, falls das Sediment bezüglich seiner Inhaltsstoffe als problematisch angesehen wird. Dabei ist zu beachten, dass fast jedes Sediment eine geogene Vorbelastung enthält. Im Fall erheblicher Schadstoffbelastungen ist bei der Abwägung für oder wider einer Anwendbarkeit jedenfalls eine genauere Betrachtung erforderlich.
Die Problemlage sowohl angesichts der Sedimentation von Talsperren aber auch der Erosion der nachfolgenden Gewässerstrecken hat ein intensiveres Licht auf die Bedeutung der Sedimentdurchgängigkeit geworfen. Dies hat die Weltbank mit Ihrem Statement „Last century was used to build reservoirs. This one will be used to solve sediment problems.“ recht markant unterstrichen.
Mit der inzwischen erkannten ökologischen Notwendigkeit und den ökonomischen Vorteilen sollte an vielen Stellen die Chance auf eine Durchgängigkeit gerade auch der festen Gewässerbestandteile genutzt werden. Erfolgreiche betriebliche Erfahrungen liegen dabei ebenso vor wie die ausdrückliche Empfehlung von Sedimentdurchgängigkeit durch verschiedene Umweltverbände.