Prognosen zeigen, dass in den nächsten 20 Jahren 60% aller Investitionen im Energie-Sektor im Bereich der erneuerbaren Energieerzeugung liegen. Vorhersagen in Bezug auf den Ausbau der Wasserkraft weisen hier einen Erzeugungsanteil von 25% aller zukünftigen erneuerbaren Energieträger auf, vor allem auf Grund des Potenzials und der Ausbaupläne in China, Afrika, Lateinamerika und Süd-Ost Asien. Auch in Europa wird eine Zunahme des Wasserkraftanteils an der Energieproduktion auf Grund der Emissionsziele der Europäischen Union bis 2050 angestrebt bzw. gefördert. Eine der wesentlichen Herausforderungen der Wasserkraftnutzung in Bezug auf den ökonomischen und technischen Betrieb sowie die ökologische Verträglichkeit (gefordert durch die Europäische Wasserrahmenrichtlinie) ist die Entnahme, notwendige Deponierung und gestörte Dynamik von Sedimenten in Flusseinzugsgebieten, welche das zukünftige Marktpotenzial der Wasserkraftindustrie bedeutend einschränken wird. Auf Grund eines fehlenden Bewusstseins (bzw. fehlenden Prozessverständnisses) in Bezug auf die Notwendigkeiten eines nachhaltigen Sedimentmanagements zeigen sich (sehr deutlich) unterschiedliche ökonomische, technische und ökologische Probleme, die sowohl die Wasserkraftindustrie und zuständige Behörden betreffen, aber auch gesellschaftliche Komponenten (soziale Akzeptanz) beinhalten.

Das CD-Labor „Sedimentforschung und -management“ hat zum Ziel Möglichkeiten zur optimierten ökonomischen, technischen bzw. ökologischen Nutzung der Wasserkraft (Modul 1), zur Verbesserung des Sedimentmanagements bei Wasserstraßen (Modul 2) und zur Verlängerung der Lebensdauer unterschiedlicher technischer Anlagenteile von Wasserkraftanlagen (Einlaufbauwerke, Pumpen und Turbinen) (Modul 3) zu erarbeiten. Weiters ist die Gewährleistung der Hochwassersicherheit (durch Speicher) mittels Reduktion der Spitzenabflüsse und Bereitstellung von Retentionsvolumen unter Berücksichtigung ökologischer Kriterien ein Ziel der geplanten Arbeiten. Oberstes Ziel des geplanten CD-Labors ist die Reduktion der Kosten und ein verbessertes Sedimentmanagement sowohl in alpinen als auch in industriell geprägten Flusslandschaften unter Einhaltung technischer und ökologischer Vorgaben. Aufbauend auf dem Stand des Wissens werden im CD-Labor Grundlagenforschungen in Bezug auf Erosion, Transport, Sedimentation und Remobilisierung von Feststoffen durchgeführt. Für die Durchführung ist eine Kombination von Laborversuchen (z.B. physikalische Modellversuche) und Felduntersuchungen (z.B. Monitoring von Speicherentlandungen) auf unterschiedlichen Skalen (µm – Einzugsgebiet) vorgesehen, um ein verbessertes Prozessverständnis zu erzielen. Weiters werden durch Weiterentwicklungen bzw. Adaptierung von hydrodynamisch-numerischen Modellen und innovativen Anwendungen im Bereich des Monitorings (z.B. seismic profiling), neue technische Standards für die nationale und internationale Wasserkraftindustrie erarbeitet.

Das CD-Labor „Sedimentforschung und -management“ soll am Department für Wasser – Atmosphäre – Umwelt an der Universität für Bodenkultur Wien eingerichtet werden. Dieses CD-Labor wird mit vier Industriepartnern starten (VOEU, viadonau, Andritz AG und VOITH GmbH). Der Verein für Ökologie und Umweltforschung (VOEU) als Vertreter für die Wasserkrafterzeugung ist Partner des Moduls 1. Viadonau durch ihre Verantwortung in Bezug auf die Schiffbarkeit der Donau beteiligt sich an den Untersuchungen des Moduls 2. Im Modul 3 werden Andritz AG und VOITH GmbH die Arbeiten zur Verlängerung der Lebensdauer unterschiedlicher technischer Anlagenteile im Bereich der Turbinen unterstützen. Weiters ist geplant ein zusätzliches Modul (Abrasions – Untersuchungen) zu einem späteren Zeitpunkt in das CD-Labor einzugliedern.

Die Ergebnisse des CD-Labors werden nicht nur zur Definition von neuen Standards im Bereich der ökonomischen, technischen und ökologischen Optimierung der Wasserkraftnutzung beitragen. Es sind auch generelle, innovative Konzepte in Bezug auf ein nachhaltiges Sedimentmanagement in industrialisierten Flusseinzugsgebieten durch (i) ein erweitertes Prozessverständnis, (ii) Erkenntnisse über Wechselwirkungen / Beeinflussungen Ökologie und (iii) Entwicklung von neuen Monitoring- / Modellierungstechnologien zu erwarten. Weiters ist die Implementierung der Ergebnisse des CD-Labors „Sedimentforschung und -management“ in Gewässerbewirtschaftungsplänen, Richtlinien und spezifischen Gesetzgebungen in Abstimmung mit Vertretern der Wasserbauverwaltung bzw. Wildbach- und Lawinenverbauung vorgesehen.

It is predicted that 60% of all new energy investments over the next 20 years will be in renewables. The estimation for new hydropower production is 25% of all new renewables primarily due to potential in China, Africa, Latin America and South-East Asia. Also in Europe a growth of hydropower production is aimed to achieve emission targets within the European Union by 2050. However, one of the main economic, technical and ecological challenges in future are the deposition, the treatment, and the disturbed dynamics of sediments in river catchments, which reduce the future market potential of hydropower significantly. Due to a lack in awareness of those sedimentological challenges (e.g. lack of process understanding), various huge economical, technical and ecological problems emerge with an increasing relevance for hydropower industry, water management authorities and the society in future.

The CD-Laboratory “Sediment Research and Management” aims to establish and preserve the long-term use of reservoir capacities, and a long technical lifespan of various plant components, such as intake channels, pumps and turbines. Moreover, the preservation of given flood protection (due to reservoirs) like peak flow retention and the important flood storage capacity will be targeted. Module 1 aims to improve the economical, technical and ecological standards for hydropower use. Module 2 focuses on the improvement of the sediment management for industrialised rivers, and Module 3 targets to achieve a long technical life span of various plant components. However, all these issues will be addressed within the framework of the overall aim to minimise the costs in future by improved sediment management in alpine regions and industrialised river catchments. Based on the determination of the state-of-the-art engineering practice, basic research will be conducted concerning erosion, transport, sedimentation and remobilisation of bedload and suspended load sediments. Here, a combination of both laboratory (e.g. flume experiments, physical models) and field studies (e.g. monitoring of reservoir flushing) on different scales (µm – catchment) is expected to enable an improved process understanding. Moreover, based on the development or adaptation of hydrodynamic-numerical models and monitoring techniques (e.g. seismic profiling), advanced tools will be provided for the national and international hydropower industry.

The CD-Laboratory „Sediment Research and Management“ will be installed at the Department for Water – Atmosphere – Environment, BOKU - University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna. Initially, the laboratory will start with four industrial partners (VOEU, viadonau, Andritz AG and VOITH GmbH): VOEU (Verein für Ökologie und Umweltforschung) for studies on hydropower technologies and management (Module 1), viadonau participating in studies on sediment management in large rivers (Module 2), and for Module 3 (sediment turbine research) both industrial companies Andritz AG and VOITH GmbH will contribute. One additional module (abrasion studies) is scheduled at a later stage of the CD-Laboratory.
The outcomes of this CD-Laboratory will provide new standards for technological, ecological and economical optimisation of hydropower management and novel aspects for a sustainable sediment management in industrialised rivers based on (i) advanced process understanding, (ii) environmental impact assessments, and (iii) the development of new monitoring / modelling technologies. We further expect the implementation of the results from the proposed CD-Laboratory “Sediment Research and Management” in the strategy plans, guidelines, manuals, natural water safety plan and into laws, and a significant contribution to a consistent Austrian strategy concerning the future sediment management in surface waters, in cooperation with all federal groups working in the field of mountain- and hydraulic engineering.