Hohensinner 2008: Danube River in the Machland floodplain 1715-1991

11.07.2008 1

University of Natural Resources &Applied Life Sciences Vienna

Department of Water, Atmosphere & Environment I Institute of Hydrobiology & Aquatic Ecosystem Management I DI Dr. Severin Hohensinner

Rekonstruktion ursprünglicher Lebensraumverhältnisse der Fluss-Auen-Biozönose der Donau im Machland auf Basis der morphologischen Entwicklung von 1715 – 1991

Dissertation Severin Hohensinner

11. Juli 2008

Institut für Hydrobiologie und Gewässermanagement Department für Wasser-Atmosphäre-Umwelt Universität für Bodenkultur Wien

11.07.2008 2



Was wissen wir über die Natur unserer Flüsse und Aulandschaften ?

11.07.2008 3



• wild

• romantisch

• seltene Pflanzen

• stille Augewässer

Fantasiebild oder Wirklichkeit ?

• seltene Tierarten

11.07.2008 4



„Rekonstruktion ursprünglicher Lebensraumverhältnisse der Donau-Flusslandschaft im oö/nö. Machland 1715 – 1991“

Severin Severin HohensinnerHohensinner

& &

Mathias Mathias JungwirthJungwirthA. Drescher, G. Egger, A. Drescher, G. Egger, H. Habersack, G. H. Habersack, G. HaidvoglHaidvogl, , S. S. MuharMuhar, S. Preis, S. Schmutz, S. Preis, S. Schmutz

FWF-Forschungsprojekt (Projekt-Nr.: P14959-B06)

11.07.2008 5



FWF-Projekt „Donau im Machland 1715 – 1991“

Vorarbeiten: FlussmorphologieVorarbeiten: Flussmorphologie

hydromorphologische hydromorphologische Habitatausstattung/Habitatausstattung/--dynamikdynamik

HohensinnerHohensinner

& & JungwirthJungwirth

AuenvegetationAuenvegetationEgger & DrescherEgger & Drescher

FischFischöökologiekologieHohensinnerHohensinner, , JungwirthJungwirth, ,

Schmutz, HabersackSchmutz, Habersack

KulturlandnutzungKulturlandnutzungHaidvoglHaidvogl, Preis, , Preis, MuharMuhar

11.07.2008 6



Themen und Fragestellungen

Projektgebiet + aktuelle SituationMethodik (historische Quellen, Bearbeitungen, Analysen)

Was waren die charakteristischen Elemente des Fluss-Auen-Systems ? Welche fluss-/ökomorphologischen Prozesse waren typisch ?

natürliche hydromorphologische Dynamik(Ward 1989, Huston 1979, Nanson & Knighton 1996, ...)

Entwicklung flusstypischer Habitate (Amoros et al. 1982, 1988, Junk et al. 1989, Tockner et al. 2000, Bormann & Likens 1979, Townsend 1996)

Wie wurde das System durch menschliche Eingriffe verändert ?Auswirkungen auf hydromorphologische DynamikAuswirkungen auf die Entwicklung der Habitate

11.07.2008 7



1715 - 1991Projektgebiet/Methodik hydromorpholog. Dynamik Habitat-Turnover/Alter anthrop. Veränderungen

11.07.2008 8



active zone

contemporary floodplain

(totally flooded between 1 –

5 years)

Q10

Q10

Grundgebirge Böhmische Masse

Niederterrasse (Würm)

Tertiäres Schlier-Hügelland

Unteres Hochflutfeld


flussmorphologisch aktive Zone

(rezente Austufe)

11.07.2008 9



aktuelle Situation der Donaulandschaftaktuelle Situation der Donaulandschaft


11.07.2008 10



Donau: Eintiefung durch Regulierung u. KW-Bau Donau: Eintiefung durch Regulierung u. KW-Bau

Augebiet: Ablagerung von Feinsedimenten bei Hochwasser

Augebiet: Ablagerung von Feinsedimenten bei Hochwasser

aktuelle Situation der Donaulandschaftaktuelle Situation der Donaulandschaft

Auswirkungen auf das Auenökosystem:• stark verringerte Gewässervernetzung

• verringertes Retentionsvermögen bei Hochwässern

• Absenkung des Grundwasserspiegels => Austrocknung

Auswirkungen auf das Auenökosystem:• stark verringerte Gewässervernetzung

• verringertes Retentionsvermögen bei Hochwässern

• Absenkung des Grundwasserspiegels => Austrocknung


11.07.2008 11



Historische Quellen & Methodik

12 detaillierte Karten 1715 – 1991

Entzerrung Georeferenzierung Vektorisierung (CAD) 1991 => 1715

zeitliche Dimension Z

zeitliche Dimension Z

late

rale

Dim

ensi

on Y

late

rale

Dim

ensi

on Y

longitudinale Dimension Xlongitudinale Dimension X

Zeitreihe 1715 Zeitreihe 1715 -- 19911991

120 Kartenwerke davon ca. 40 relevant

CAD-/GIS- Auswertungen


11.07.2008 12



Methodik Habitatdynamik & Geländemodell

Raster-GIS: Umlagerungsprozesse Habitatdynamik Habitat-/Standortalter

Digitales Geländemodell DGM 1812: Wasserflächen, Uferlinien, Flurabstände, etc. bei charakteristischen Wasserständen


11.07.2008 13




11.07.2008 14



„Alter Holler“


11.07.2008 15



Hütting

Franzenau


11.07.2008 16



Hütting


11.07.2008 17




11.07.2008 18




11.07.2008 19



880 m


11.07.2008 20




11.07.2008 21



1100 m

„Neuer Holler“


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11.07.2008 25




11.07.2008 26




siehe gesonderte Animation

„Donau im Machland 1715 – 1991“

11.07.2008 27



Aktive Zone

Aktive Zone: umgelagerte Fläche => 90 % Aktive Zone: umgelagerte Fläche => 90 %

Multidimensionalität von Fließgewässern: natürliche Gewässerdynamik

langfristige räumliche Umlagerungen (1715 – 1991: 276 Jahre)


langfristige räumliche Umlagerungen (1715 – 1991: 276 Jahre)


11.07.2008 28



Aktive Zone


mittelfristige räumliche Umlagerungen (1775 – 1821: 46 Jahre)


mittelfristige räumliche Umlagerungen (1775 – 1821: 46 Jahre)



11.07.2008 29



Erosion von hoch liegenden, älteren Geländeteilen an den Prallufern

Anlandungen an Gleitufern und in breiteren Abschnitten


kurzfristige räumliche Umlagerungen (1812 – 1817: 5 Jahre)


kurzfristige räumliche Umlagerungen (1812 – 1817: 5 Jahre)

Cut-off

(Avulsion)



11.07.2008 30



Multidimensionalität: vertikale Umlagerungennatürliche Veränderungen von Sohl- u. Wasserspiegellagen

Veränderung der Durchflusskapazität der Flussarme Veränderung der Grundwasserspiegellagen


11.07.2008 31



Habitate der Flusslandschaft: unterschiedliche hydrologische Konnektivität(verändert nach Amoros et al. 1987)

Eupotamon AEupotamon A

main channelmain channel

VABBVABB

Vegetated area Vegetated area below bankfullbelow bankfull

TributariesTributaries

Eupotamon BEupotamon B

lotic side armslotic side arms

connected at connected at two sidestwo sides

PlesiopotamonPlesiopotamonisolated backisolated back--

waters, oxbowswaters, oxbows

PalaeopotamonPalaeopotamon

Parapotamon AParapotamon A

side arms with side arms with gravel bars at gravel bars at upstream endupstream end

Parapotamon BParapotamon B

backwaters with backwaters with downstream downstream connectionconnection

Elevated Elevated floodplain areafloodplain area

EFAEFA


11.07.2008 32



0,02

6,5

13,3

3,3

5,1

2,2

2,4

1,6

10,313,414,7

7,4

4,6

0,3

0,1

0,2

8,1

20,411,6

28,9

16,1

80,619,8

54,310,129,535,0

87,6

15,7

17,9

0,1

17,8

15,0

45,9

3,4

6,7

2,6

73,1

14,2

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Habitattypen im Jahr 1812

Eu A EFAVABBPlesioPara BPara AEu B

Eu A

EFA

VABB

Plesio

Eu B

Para A

Para B

Verä

nder

unge

n bi

s 18

17 (i

n %

der

Hab

itate

181

2)

HabitatsukzessionHabitatsukzession VerlandungVerlandung

HabitatregenerationHabitatregeneration ErosionErosion

Verhältnis Sukzession : Regeneration = 1 : 0,9Verhältnis Sukzession : Regeneration = 1 : 0,9

Habitatdynamik (Turnover) räumlich:natürliche Dynamik vor Regulierung 1812 – 1817


100 %

11.07.2008 33



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150max. age (years)

Cum

ulat

ed a

rea

of E

u B

(%)

1817

1821

1829

1832

1835

1838

1859

1991

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60max. age (years)

Cum

ulat

ed a

rea

of P

ara

A (%

)

181718211829183218351838185919251991

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200max. age (years)

Cum

ulat

ed a

rea

of T

rib (%

)

181718211829183218351838185919251991

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260max. age (years)

Cum

ulat

ed a

rea

of E

FA (%

)

181718211829183218351838185919251991

Eupotamon AEupotamon A Eupotamon BEupotamon B Parapotamon AParapotamon A

Parapotamon BParapotamon B PlesioPlesio--/Palaeopotamon/Palaeopotamon

Elevated floodplain areasElevated floodplain areasVegetated area below bankfullVegetated area below bankfull Total active zoneTotal active zone

TributariesTributaries

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200max. age (years)

Cum

ulat

ed a

rea

of E

u A

(%)

181718211829183218351838185919251991

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150max. age (years)

Cum

ulat

ed a

rea

of P

ara

B (%

)

181718211829183218351838185919251991

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200max. age (years)

Cum

ulat

ed a

rea

of V

AB

B (%

)

181718211829183218351838185919251991

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240max. age (years)

Cum

ulat

ed a

rea

of A

Z (%

)

181718211829183218351838185919251991

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100max. age (years)

Cum

ulat

ed a

rea

of P

lesi

o (%

)

181718211829183218351838185919251991

Habitate der Flusslandschaft: Altersstruktur


11.07.2008 34



Habitatalter von Gewässerlebensräumen: Beispiel: einseitig angebundene Altarme


11.07.2008 35



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150max. age (years)

Cum

ulat

ed a

rea

of P

ara

B (%

)

181718211829183218351838185919251991

Habitatalter von Gewässerlebensräumen: Beispiel: einseitig angebundene Altarme

90 % < 20 yrs 50 % < 5 yrs

90 % < 107 yrs

natürlich

beginnende Regulierung 1829-1838

Ende/nach Regulierung


11.07.2008 36



Habitatalter terrestrischer Lebensräume: gesamtes vegetationsbedecktes Augebiet


11.07.2008 37



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

max. age (years)

Are

a of

tota

l veg

etat

ed fl

oodp

lain

terr

ain

(%)

1817

1821

1829

1832

1835

1838

1859

1925

1991

Habitatalter terrestrischer Lebensräume: gesamtes vegetationsbedecktes Augebiet

50 % < 30 yrs 50 % < 160 yrs

natürlich

beginnende Regulierung 1829-1838

Ende/nach Regulierung


11.07.2008 38



18121812

Junge Weichholzau

(Weidenau)

Alte Weichholzau

(Erlenau)

Alte Weichholzau

(Erlenau)

Potenzielle natürliche AuenvegetationEgger G. & Drescher A.

Übergang zur Hartholzau

(Eschen-Erlenau)

Übergang zur Hartholzau

(Eschen-Erlenau)


11.07.2008 39



Hypothetischer Lebensdauer-Zyklusder Habitate vor Regulierung

Eupotamon A15 yrs

Eu B6 yrs

Para A5 yrs

Para B5 yrs

Plesio13 yrs

VABB5 yrs

36 yrs

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85

Int

ensi

ty o

f hyd

rolo

gica

l sur

face

con

nect

ivity

Median-age (50%-age) of the habitat type area (years)

min

max 1.5 %

0.8 %1.4 %

2.1 % 3.5

0.3 %2.8 %

2.6 %5.7 %

7.4 %2.1 %

3.9 %

2.2 %

2.1 %

1.6 %

1.8 %

1.6 %

EFA - elevated floodplain area

ca. 35 Jahre


11.07.2008 40



0,9 0,4

0,410,4

4,9

0,8

60,0

0,81,82,3

3,1

0,3

29,2

55,036,5

1,0

98,062,5

32,223,821,132,4

16,3

20,9

18,9

73,8

2,4

11,7

3,7

0,4

73,8

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Habitattypen im Jahr 1859

Eu A EFAVABBPlesioPara BPara AEu B

Eu A

EFA

VABB

Plesio

Eu B

Para A

Para B

Verä

nder

unge

n bi

s 19

25 (i

n %

der

Hab

itate

185

9)

HabitatsukzessionHabitatsukzession VerlandungVerlandung

HabitatregenerationHabitatregeneration ErosionErosion

Habitatdynamik (Turnover) räumlich:veränderte Dynamik nach Regulierung 1859 – 1925


Verhältnis Sukzession : Regeneration = 1 : 0,06Verhältnis Sukzession : Regeneration = 1 : 0,06

11.07.2008 41



Eupotamon A157 yrs

Eu B60 yrs

Para A33 yrs

Para B23 yrs

Plesio26 yrs

VABB125 yrs

elevated floodplain area160 yrs

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

Int

ensi

ty o

f hyd

rolo

gica

l sur

face

con

nect

ivity

Median-age (50%-age) of the habitat type area (years)

min

max

0.02 %0.01 %

0.03 %

0.76 %

0.54 %

0.53 %

0.42 %

0.66 %

0.31 %

0.72 %

0.56 %0.14 %

0.17 %

0.15 %

0.25 %

0.05 %0.04 %

0.14 %

„Hypothetischer Lebensdauer-Zyklus“der Habitate nach Regulierung


11.07.2008 42



0

5

10

15

20

25

30

35

1715 1775 1812 1817 1821 1829 1832 1835 1838 1859 1925 1991

Perc

enta

ge o

f 10-

year

floo

d ar

ea (%

)

total water bodies Parapotamon A Tributaries Eupotamon A Parapotamon B VABB Eupotamon B Plesio-/Palaeopotamon

natural post-channel.channelisation period

main channel armslotic side arms

one-side connected Aone-side connected Bisolated water bodies

vegetated area below bankfull

Zusammensetzung der Habitateder Donau-Flusslandschaft

natürlich: relative stabile Zusammensetz. (shifting-mosaic steady-state)

während/nach Regulierung: Reduktion und Veränderung d. Zusammensetz. (static-state)


11.07.2008 43



Aktive Zone: mittlerer Flurabstand bei MW:

1.6 m (gewichtetes Mittel)

Aktive Zone: mittlerer Flurabstand bei MW:

1.6 m (gewichtetes Mittel)


11.07.2008 44



mittlerer Flurabstand bei MW: 3.0 m (gewichtetes Mittel)

mittlerer Flurabstand bei MW: 3.0 m (gewichtetes Mittel)


11.07.2008 45



Auflandunglaterale Erosion

natürliches Gleichgewicht: Auflandung – Erosion

⇒ hoher Strukturierungsgrad der Flusslandschaft

⇒ intensive Gewässervernetzung (ständige Erneuerung)

Multidimensionalität: natürliches Fluss-Auen-System


11.07.2008 46



regulierungsbed. Sohleintiefung

KW-bedingte Sohlaustiefung

GW-Absenkung

Auflandung bei HW

GW-Absenkung

Entkoppelung:

Niveau von Fluss und Augebiet

Multidimensionalität: anthropogen verändertes Fluss-Auen-System


11.07.2008 47



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

1812 1832 1852 1872 1892 1912 1932 1952 1972 1992

Deg

ree

of c

hann

elis

atio

n (%

)H

abita

t tur

nove

r (%

of A

Z), m

ean

habi

tat a

ge (y

ears

) and

CI

degree of channelisation mean weighted habitat age

natural initial intense post-channelisationchannelisation progress

mean habitat age: rs = 0.4576 p = 0.2155

degree of channelisation: % of protected river banks

53 yrs

161 yrs

20 %

100 %

80 %

mean habitat age

degree of channelisation

% of protected river banks

mittleres Alter Flusslandschaft (aktive Zone)


11.07.2008 48



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

1812 1832 1852 1872 1892 1912 1932 1952 1972 1992

Deg

ree

of c

hann

elis

atio

n (%

)H

abita

t tur

nove

r (%

of A

Z), m

ean

habi

tat a

ge (y

ears

) and

CI

degree of channelisation mean weighted habitat age spatial habitat turnover

spatial turnover: rs = -0.7395 p = 0.0228



(values 10x exaggerated)


20 %

100 %

80 %

mean habitat age

spatial habiat

turnover




Habitat-Turnover räumlich


11.07.2008 49



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

1812 1832 1852 1872 1892 1912 1932 1952 1972 1992

Deg

ree

of c

hann

elis

atio

n (%

)H

abita

t tur

nove

r (%

of A

Z), m

ean

habi

tat a

ge (y

ears

) and

CI

degree of channelisation connectivity-index (CI) mean weighted habitat age spatial habitat turnover

spatial turnover: rs = -0.7395 p = 0.0228

connectivity index: rs = -0.5325 p = 0.1130



(values 10x exaggerated)


20 %

100 %

80 %

mean habitat age

spatial habiat

turnover

hydrol. surface

connectivity




Habitat-Turnover räumlich

Intensität der hydrologischen Konnektivität der Flusslandschaft (aktive Zone)


11.07.2008 50



Vielen Dank !Mathias, Gerald, Anton, Franziska, Gerti, Gregory, Helmut, Sabine, Stefan, Susi

siehe gesonderte Animation

„Rekonstruktion Überflutungen 1812“

Hohensinner 2008: Danube River in the Machland floodplain 1715-1991

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