Unter Schwall versteht man eine durch Kraftwerksbetrieb bedingte, kurzfristige Abflussschwankung. Beim Schwallbetrieb wechseln einander der „Schwall“, ein künstlich erhöhter Abfluss, und der „Sunk“ als darauffolgender Rückgang des Abflusses bisweilen mehrmals täglich ab. Schwallbetrieb stellt einen starken Eingriff in die natürliche Abflussdynamik eines Gewässers dar und zählt zu den hydrologischen Belastungen. Ab einer bestimmten Intensität beeinträchtigt Schwallbetrieb die ökologische Funktionsfähigkeit eines Gewässers sehr stark. Im Gegensatz zu anderen Eingriffen und deren Folgen wirkt er meist auch über vergleichsweise lange Gewässerstrecken.
Sowohl die Abgabe von Wasserschwallen als auch die starken Wasserstandsschwankungen wirken sich erheblich auf Fische, Benthos und andere Organismen der Gewässer und des gewässernahen Umlandes aus. So besteht für Fischlarven und junge Fische unter anderem das Risiko verdriftet zu werden (Erhöhung der Fließgeschwindigkeit) oder zu Stranden (rasche Verringerung der benetzten Fläche, was zu einer Dezimierung von Fischpopulationen führen kann. Aber auch das individuelle Wachstum kann aufgrund von Verknappung der natürlichen Nahrung (z.B. Makrozoobenthos) oder durch eine Veränderung der Wassertemperatur verringert sein. Das Wissen, um nachhaltige Lösungsansätze zur Minimierung der Auswirkungen auf die Gewässerökologie entwickeln zu können, ist derzeit nicht ausreichend und bedarf noch zusätzlicher Erforschung der Wirkungszusammenhänge.
Um die auftretenden Abflussschwankungen und ihre Folgewirkungen auf die Gewässerbiozönosen im Sinne einer umweltfreundlichen Nutzung/Betriebsweise zu vermindern bzw. zu eliminieren, gibt es unterschiedliche technische Möglichkeiten; z. B. Errichtung von Ausgleichsbecken, Schwallausleitung, flussmorphologische Maßnahmen und Änderungen der Betriebsweise der betroffenen Kraftwerke. Die Sanierung von Schwallstrecken ist wesentlicher Bestandteil eines ökologisch ausgerichteten, nachhaltigen Gewässermanagements zur Herstellung/Erhaltung des guten Zustandes bzw. guten ökologischen Potentials gem. WRRL und besitzt daher in Österreich hohe Dringlichkeit.
Schwallexperimente an der HyTEC
Die ursprüngliche Aufgabe der Versuchsanlage ist die Untersuchung von ökologischen Auswirkungen von künstlich erzeugten Schwallereignissen, siehe dazu LINK. Im Folgenden wird der Ablauf eines simulierten Schwallereignisses in den Versuchsrinnen anhand eines Beispiels veranschaulicht.
Um ein Schwallereignis zu simulieren, wird in einer der beiden Experimentierrinne ein konstanter Basisdurchfluss, auch Sunkabfluss genannt, gewährleistet. Im vorliegenden Beispiel wurden dafür 25 l/s gewählt (Bild). Nach einer bestimmten Zeitspanne wird der Durchfluss konstant erhöht (der sogenannte Schwallanstieg), bis eine Durchflussmenge von 125 l/s gegeben ist, dies stellt den sogenannten Schwallabfluss dar. Aufgrund der Erhöhung des Durchflusses kommt es zu einer Änderung der Fließgeschwindigkeit sowie der Gewässertiefe und –breite (Abbildung). Dieser Schwallabfluss wird für eine gewisse Dauer aufrecht erhalten, bevor die Durchflussmenge wieder auf den ursprünglichen Sunkabfluss (25 l/s) konstant reduziert wird. Dies nennt man den Schwallabstieg. Diese fünf Phasen, Sunkabfluss-Schwallanstieg-Schwallabfluss-Schwallabstieg-Sunkabfluss kennzeichnen ein komplettes Schwallereignis.
Anhand der Bauweise der Rinnen ist es möglich, unterschiedliche Strukturen, wie etwa eine flache Schotterbank, Bucht- oder Muldenstrukturen etc. zu schaffen, und deren Einfluß auf mögliche Schwallauswirkungen zu testen.
Folgende Abbildung zeigt die unterschiedlichen Fließgeschwindigkeiten (farblich dargestellt) sowie Gewässertiefen und –breiten bei einer simulierten, gleichmäßigen Schotterbank im Querprofil mit einer fünfprozentigen Querneigung für 25 l/s Sunkabfluss und 125 l/s Schwallabfluss.
Die dazugehörigen Sohlhöhen im Grundriss sind in folgenden Abbildungen grafisch dargestellt.
