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Obwohl der Thunersee seinen Namen der Stadt zu verdanken hat, liegt die Altstadt nicht direkt am See, denn das Gebiet um den Seeausfluss und das Ufer von Scherzligen bis ins Gwatt waren hochwassergefährdet und teils sumpfig. Der alte Stadtkern befindet sich etwa anderthalb Kilometer flussabwärts zwischen dem Schlossberg und der Aare. Schon im Mittelalter dehnte sich die Stadt auf die linke Flussseite aus, wo das Bälliz entstand, geschützt durch eine Stadtmauer und einen Stadtgraben. Dieser diente bei Hochwasser als zusätzlicher Wasserabfluss und wurde nach dem Kanderdurchstich von 1713/14 in einen Flussarm umfunktioniert. Den Seeabfluss regulieren seit den 1720er-Jahren zwei Schleusen. Die Aare brachte das lebensnotwendige Wasser in die Stadt, lieferte über Wasserräder Energie für das Gewerbe und diente bis zum Eisenbahnbau als Transportweg.
1871–1876 wurde die Aare von Thun bis Uttigen kanalisiert, denn der Flusslauf gefährdete das Trassee der Eisenbahn. Durch die Begradigung floss die Aare schneller und grub sich in den Untergrund ein. Weil die Rückwärtserosion die Fundamente von Häusern und Brücken bedrohte, sicherte man die Flusssohle im Schwäbis mit grossen Steinblöcken. So entstanden Stromschnellen, die Aarefälle, welche 1962 im Rückstau des Kraftwerkwehrs verschwanden. Die Stadt Thun wurde auch nach den Gewässerkorrektionen wiederholt von Hochwassern heimgesucht, beispielsweise 1999 und 2005. Der 2009 in Betrieb genommene Entlastungsstollen, der vom Schifffahrtskanal zur Regiebrücke führt, erhöht die Abflusskapazität und vermindert die Überschwemmungsgefahr erheblich.
Die feuchten Stellen in Scherzligen, im Gebiet südlich des Aarebeckens und im Schwäbis wurden im 19. Jahrhundert entsumpft. Im Dürrenast und im Gwatt passierte dies teilweise erst im 20. Jahrhundert. Mit dem Aushub des Schifffahrtskanals wurden 1925 und 1947 Eisweiher beim Lachen aufgefüllt und das Terrain beim Strandbad verbessert; in den 1970er-Jahren schüttete die Stadt das Gwattmösli zwischen dem Bahnhof Gwatt und dem Strättlighügel grösstenteils zu und machte es zur Industriezone. 1990–2010 wies die Stadt Thun im Vergleich zu 15 anderen Schweizer Städten den höchsten Verlust an Oberflächenfliessgewässern aus, was vor allem mit dem Ausbau des Industriegebiets im Gwatt zusammenhing. Das Gwattlischenmoos hingegen, das grösstenteils zur Gemeinde Spiez gehört, wurde vom Berner Regierungsrat schon 1939 in die Liste der Naturdenkmäler aufgenommen. Dagegen hatte sich der Gwatt-Schoren-Buchholzleist gewehrt, weil er wegen des Feuchtgebiets eine Mücken- und Schlangenplage befürchtet hatte und es deshalb lieber aufgefüllt und zu Bauland umgewandelt hätte.1