MIKRO & MAKRO

R(h)ein in die Zukunft – Simulation eines Jahrhundertprojekts

Der Wasserpegel des Rheins im St. Galler und Vorarlberger Rheintal steigt. Ein 300-jährliches Extremhochwasser. Der Rhein führt viel Geschiebe und Schwemmholz mit sich. Ob die Dämme dem Druck standhalten werden? Das Resultat der Simulation in der Modellversuchshalle in Dornbirn fällt positiv aus. Die Dämme des Modell-Rheins haben gehalten.

Heute könnte ein Extremhochwasser am Alpenrhein bis zu zwanzig Milliarden Franken an Schäden verursachen. Mit dem Hochwasserschutzprojekt «Rhesi» soll der Grenzfluss zwischen Österreich und der Schweiz wieder mehr Platz erhalten, um die Abflusskapazität zu erhöhen. Damit das Vorhaben umgesetzt werden kann, müssen die Gesetzgebungen der beiden Länder aufeinander abgestimmt und ein neuer Staatsvertrag abgeschlossen werden. Basler & Hofmann leitet das internationale Team aus neun Planungsbüros.
 

Die Vision
Auf der 26 Kilometer langen Strecke zwischen der Ill-Mündung und dem Bodensee soll die Abflusskapazität des Rheins erhöht werden. Dazu soll das Flussbett von aktuell weniger als 100 auf bis zu 380 Meter aufgeweitet werden. Durch die Verbreiterung soll der Rhein vom begradigten Kanal wieder zu einem lebendigen Gewässer mit mehreren Flussarmen, Sandbänken und Tiefstellen werden.

Massstab 1:50
An einem der bisher grössten wasserbaulichen Modelle führten Forschende der ETH Zürich von 2018 bis Ende 2022 Versuche durch. Dazu wurden zwei 5 Kilometer lange Abschnitte des künftigen Rheins im Massstab 1:50 in einer 100 Meter langen Industriehalle in Dornbirn aufgebaut. Grundlage dafür bildete ein digitales 3D-Modell. Jeder der Versuche wurde genau dokumentiert. Ultraschallsonden nahmen die Wasserspiegel auf, mit Laserscannern wurden die Veränderungen in der Flusssohle festgehalten.

Analog und digital
Zwei der zentralen Fragen der Modellversuche waren: Werden sich im künftigen Rhein die gewünschten Kiesbänke und Tiefstellen bilden? Welche Initialmassnahmen sind für die Aufweitung des Gerinnes und die Ausbildung der gewünschten Morphologie notwendig? Das Strömungsverhalten des Wassers kann heute in digitalen, hydraulischen Modellen sehr gut simuliert werden. Will man detailliert verstehen, wie sich Feststoffe wie Sand, Kies oder Schwemmholz im Fluss bewegen und sich ablagern, liefern physikalische Modellversuche nach wie vor die verlässlichsten Ergebnisse.

Kleiner Stein, grosser Effekt
Franziska Siegenthaler, Projektingenieurin Wasserbau bei Basler & Hofmann, hält einen der «tonnenschweren» Steine zur Sicherung der Hochwasserschutzdämme in der Hand. Die Versuche mit den Modellbausteinen haben ergeben, dass kleinere Steine als ursprünglich geplant ausreichen werden. Damit können deutlich Kosten gespart werden.

Bis die «echten» Wasserbausteine verbaut werden, ist noch etwas Geduld gefragt. Vor dem Baustart muss der Staatsvertrag in beiden Ländern genehmigt werden. Ab Spatenstich wird es rund 20 Jahre dauern, bis sich der Rhein im neuen Flussbett entfalten kann.