materialien und technologien

Tessiner Flüsse "kontrolliert"
von ETH-Studenten der Umweltingenieurwissenschaften

Gute Ergebnisse von „TiRiLab“ (Ticino Rivers Lab), eine Plattform für wissenschaftliche Zusammenarbeit zwischen der Technischen Hochschule Zürich und dem Ufficio corsi d’acqua des Kantons Tessin

von Valeria Camia

TiRiLab, bzw. Ticino Rivers Lab, ist eine Plattform für wissenschaftliche und ausbildende Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Umweltingenieurwesen (IfU) und der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH), und dem Ufficio dei corsi d’acqua des Kantons Tessin. Es war das Jahr 2016, als Professor Peter Molnar des Instituts für Umweltingenieurwesen und Professor Annunziato Siviglia, damals an der VAW (heute an der Universität Trento, Italien), mit den Kollegen Sandro Peduzzi und Andrea Salvetti im Kanton Tessin, die Idee hatten, die wissenschaftlichen Projekte der ETH anzuwenden, um die Probleme der Flüsse im Kanton südlich der Alpen zu untersuchen. «Wir haben erkannt - erklärt Molnar – dass wir in den von der ETH angebotenen Studiengängen einerseits fortschrittliche Methoden und Instrumente zur Fliessgewässerhydraulik und Morphodynamik unterrichteten (zum Beispiel die aktuellsten Techniken numerischer Modellierung, die Analyse des aquatischen Lebensraums, die Bewertung der Ökoysteme der Fliessgewässer), aber andererseits die Anwendung dieses Wissens auf praktische, „reale“ Probleme, die für diejenigen relevant sind, die konkrete Entscheidungen treffen müssen, nicht immer voll und ganz ausgenutzt haben: Ich denke dabei insbesondere an die kantonalen Behörden, die für Hochwasserschutz und Fliessgewässersanierung verantwortlich sind».

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Ausgehend von diesen Überlegungen, hat der Kanton Tessin aufgrund von drei miteinander verbundenen Aspekten sofort Interesse geweckt: Die Produktion von Wasserkraft, die sich auf die Strömungen von Sedimenten und die Hydromorphologie vieler Flüsse auswirkt; die Aufeinanderfolge regelmässiger Hochwasserepisoden, die einen beachtlichen Einfluss auf die Überschwemmungsgebiete haben; und schliesslich die grosse ökologische Bedeutung des Gebiets, mit mehreren Überschwemmungsgebieten von nationaler Bedeutung. Anfangs vom Kanton Tessin mitfinanziert, danach auch vom EU Alpine Space Program durch die neue Regionalpolitik der Schweizerischen Eidgenossenschaft (im Jahr 2017, Projekt HyMoCARES), ermöglicht TiRiLab heute den Master-Studenten in Umweltingenieurwesen, die sich für Flüsse interessieren, ihr erworbenes Wissen in den theoretischen Lektionen auf reale Probleme anzuwenden: «Diese jungen Menschen haben die Gelegenheit, ihr Master-Projekt von 4 Monaten im letzten Jahr des Studienprogramms zu Problemen von wissenschaftlichem und ingenieurtechnischem Interesse der Flüsse des Tessins durchzuführen», erklärt Doktor Davide Vanzo, Forscher am VAW, der gemeinsam mit Professor Molnar, der Leiter von TiRiLab ist und sich genau in diesen Tagen im Maggia-Tal befindet, um einige Untersuchungen durchzuführen.

«Das wesentliche hydromorphologische Problem der Alpenflüsse, und das Tessin ist dabei keine Ausnahme - fügt Molnar hinzu - ist mit der Tatsache verbunden, dass die Regulierung der Flussraten und die Kanalisation der Flüsse das Hydraulikregime und die Sedimentablagerungen verändert haben. Die Folge ist die Veränderung der in der Vergangenheit aufgetretenen natürlichen morphodynamischen Prozesse. All dies hat eine ganze Kaskade von Auswirkungen auf die Temperatur der Flüsse, die Qualität und Quantität des Lebensraums für Wasserlebewesen, aber auch auf die Entstehung von Überschwemmungsgebieten, die Vegetation entlang der Ufer und die Integrität der Ökosysteme». Die Projekte von TiRiLab befassen sich genau mit diesen Problemen: «Durch die numerische Modellierung (d. H. die mathematische Simulation realer physischer Prozesse, Anm. d. Red.), sammeln die Studenten Erfahrung in der Datenerfassung und der Anwendung von Analysemodellen, Parameterkalibrierung, Sensitivitätstests; danach wenden sie die Modelle auf die von ihnen formulierten Forschungsfragen an und werten die Ergebnisse kritisch aus» - erklärt Vanzo.

Es scheint eine Übung zu sein, die nur für Akademiker nützlich ist, aber das ist bei weitem nicht der Fall. Einerseits betreuen die Forscher der ETH die Studenten, diskutieren kritisch ihre Arbeit und die Qualität der Ergebnisse; andererseits helfen die Mitarbeiter des Kantons dabei, die interessantesten Probleme im Tessin zu identifizieren und bieten Zugang zu Daten und Unterstützung bei den Untersuchungen vor Ort. Der Dialog mit dem Kanton ist kontinuierlich und nützlich, mit immer neuen zu untersuchenden Aspekten, bemerkt Professor Molnar: «Zum Beispiel hat ein Student, im Rahmen verschiedener Studien zu den „Dienstleistungen“ des Flusses Maggia (die von der Produktion von Wasserkraft über die Wasserentnahme für die Landwirtschaft bis hin zum Fischfang gehen) die Möglichkeiten zum Schwimmen und Baden im Fluss analysiert und ausgewertet, wie sich diese mit steigenden Durchflussraten verändern. Diese Ergebnisse könnten eines Tages auch für die lokalen Gemeinschaften nützlich sein, um vorherzusehen, in welchen Gebieten Touristen zusammenkommen könnten, um das Wasser des Flusses zu geniessen». Und es mangelt nicht an Fallstudien, die in ungeplante Richtungen geführt haben. «Das ist zum Beispiel der Fall bei einem Projekt, das darauf abzielte anhand spezifischer mathematischer Modelle zu zeigen, wie sich die Steigerung des Mindestdurchflusses im Fluss Maggia auf den Lebensraum von Fischen auswirken würde - erinnert sich Vanzo. - Der Student, der diese Forschung betrieb, ist sozusagen „über das Ziel hinausgeschossen“ und hat auch untersucht, wie sich veränderte Mindestdurchflüsse auf wirbellose Wassertiere auswirken, auf die Fische als Nahrung angewiesen sind».

Dann gibt es noch einen weiteren Aspekt, den Molnar und Vanzo hervorheben: Die Anwendung von theoretischem Wissen auf konkrete Probleme ermöglicht es den Studenten, ihre Fähigkeiten zu verbessern, selbstständig Lösungsmöglichkeiten zu formulieren und die Fragen des Antragstellers, in diesem Fall der Kanton Tessin, zu beantworten. «Alle Berichte der Studenten von TiRiLab - erklärt Molnar - sind öffentlich. Wir haben regelmässige Treffen mit den Mitarbeitern des Kantons geplant, bei den die Studenten die Ergebnisse ihrer Studien präsentieren und ihre Fähigkeiten verfeinern und anwenden konnten: Eine vorbereitende Übung für zukünftige Vorstellungsgespräche, vielleicht sogar im Kanton Tessin».

Die Pandemie hat natürlich diese Aktivitäten ausgesetzt, die jedoch jetzt wieder aufgenommen werden. So wie auch Untersuchungen entlang des Flusses Maggia und an anderen Tessiner Flüssen erneut möglich sind. «In Zukunft - fügt Molnar hinzu - könnte die Zusammenarbeit von TiRiLab auf das Institut für Geowissenschaften (IST - Istituto Scienze della Terra) der SUPSI ausgeweitet werden, das uns bereits bei den Daten der Überwachung von Grundwasser in der Maggia hilft». Für die Zukunft ist auch die Studie des Flusses Brenno und der Überschwemmungen des Lago Maggiore geplant, während die VAW ausgehend vom Projekt TiRiLab eine Zusammenarbeit mit dem Kanton Tessin im Rahmen der Umweltüberwachung von Wasserläufen und der Bewertung der Wirkung der Sanierung der Mindesdurchflussmengen begonnen hat. 

Selbstverständlich kümmern sich die Forschungsgruppen (IfU-VAW) auch um Probleme „ausserkantonaler“ Natur. Man denke an das Thema Klimawandel: Kürzlich hat die Bundesregierung eine weitreichende Studie zu Indikatoren des Klimawechsels in der Schweiz finanziert. Im Rahmen einer vom Bundesamt für Umwelt (BAFU) finanzierten Folgeforschung wurden auch die hydrologischen Auswirkungen (Hydro-CH2018) dieser Änderungen genauer untersucht. Was das Tessin anbetrifft - erklären Molnar und Vanzo - «gibt es Hinweise darauf, dass bis Ende des Jahrhunderts die Niederschläge im Winter und im Frühjahr zunehmen, aber gleichzeitig im Sommer weiter abnehmen werden, je nach Szenario der Treibhausgasemissionen. Für die Lufttemperatur ist das Signal eindeutig: Bis Ende des Jahrhunderts wird in allen Jahreszeite ein Anstieg von 3-4 Grad Celsius erwartet, mit geringfügigen Anstiegen im bereits heissen Südtessin. Damit verbunden ist auch ein möglicher Anstieg der Wassertemperaturen. Diese Änderungen wirken sich natürlich auf die Hydrologie aus und führen im Allgemeinen zu einem stärkeren Durchfluss aufgrund der Schneeschmelze im Winter und im Frühjahr, und einer Abnahme der Durchflussmenge im Sommer, mit möglichen Trockenperioden an einigen Orten». Aus dieser Perspektive ist die Rolle, die die hydrologische und fluviale Modellierung bieten kann, von grundlegender Bedeutung, um verschiedene Hypothesen und Zukunftsszenarien zu „testen“ und somit verschiedene Lösungen zu bewerten: Möglichkeiten, die sonst in realen Systemen unmöglich wären.
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(Auf dem Foto oben, von Davide Vanzo, Messungen am Fluss Maggia)