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LVA 816.308 Konfliktlösungen … Leiter: A.Univ.Prof.DI Dr. Helmut MADER

Konfliktlösungen im Spannungsfeld zwischen ökologischer Funktion und anthropogener

Nutzung von Fließgewässern

Helmut MADER

Department für Wasser – Atmosphäre – Umwelt;

Institut für Wasserwirtschaft, Hydrologie und konstruktiven Wasserbau – IWHW.

Universität für Bodenkultur Wien. Muthgasse 18, A-1190 Wien.Tel: ++43 – 1 – 36006 – 5509 e-mail: [email protected] Web: http://iwhw.boku.ac.at/

LVA Nr. 816.308


Inhalt

Teil 1 – EinführungTeil 2 – Rechtliche Grundlagen

Teil 3 – PlanungsmethodikTeil 4 – Funktion der Fließgewässer

Teil 5 – Schutzwasserbau FallstudienTeil 6 – Gewässerkontinuum FallstudienTeil 7 – Dotierwasserabgabe Fallstudien

Teil 8 – Bürgerbeteiligung Fallstudien

© H. MADER

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Literaturempfehlung


Natürliches FG

Änderung in Zeit & Raum -Gleichgewichtszustände selten

Änderung der Wasserführung

Änderung der Kräfte auf Gerinnewandung in Größe, Richtung, Ort

Wassertransport ==> Feststofftransport ==> Änderung des Abflussquerschnittes

gewässerbeeinflussender Bewuchs ==> Änderung des Fließwiderstandes

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Natürliches FG

Zentraler Bestandteil des Natur- & Landschaftshaushaltes

Die Verteilung des Abflusses über das Jahr, die Perioden von Sedimentruhe und Sedimentumlagerung, die Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsart sind

wesentliche Charakteristika jedes FG und ein wichtiger Faktor für die Qualität und Quantität der

Organismenbesiedelung

(ÖNORM 6232)

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Natürliches FG - Potentielle Funktion

FG = gerichtetes Transportsystem

Funktionen:

Wassertransport

Feststofftransport

abiotische Kenngrößen - hohe Aussagekraft für BiozönosenTiefe, Breite, Substratverteilung, vmax, vmin, vm, vSohle, Volumen, Oberfläche,

Varianzen, Schwankungskoefizienten, Abflussverteilung, .....

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Abflussänderung

t, b, Oberfläche, Volumen reagieren unterproportional

v, deutliche Veränderungen

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WassertransportTransportfunktion Typologie nach Abflussregime Exkurs Vortrag K. Lebiedzinski

Einfache Regime - Komplexe Regime

Typologie nach Dauerlinie

Potamal ausgeglichen - Rhithral extreme Schwankungen

Speicherfunktion Retention Oberflächenwasser

Prozess stehende Retention - Prozess fließende Retention

Grundwasser

Infiltration - Exfiltration

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ÜBERBLICK

• Typisierung von Gewässern nach hydrologischen Merkmalen und Steuerfaktoren anhand von Abflussregimen

• Abflussregime: charakteristischer Gang des Abflusses eines Gewässers (ÖNORM B2400) bedingt durch Klima, Vegetation, geologische und

geomorphologische Gegebenheiten sowie anthropogene Einflüsse im Einzugsgebiet

• Bezogen auf ein Jahr: Beschreibung des Abflussverhaltens im Jahresgang

• Klare Aussagekraft spiegelt Wasserhaushalt in seinen zeitlichen Änderungen wider


BEISPIELE FÜR TYPISIERUNGSANSÄTZE

1933 Pardé (global) 1968 Grimm (Europa) 1996 Mader, Steidl, Wimmer (Ö)

1938 Lvovich (UdSSR) 1985 Aschwanden, Weingartner (Schweiz)

1961 Kresser (Ö) 1992 Krasovskaia, Gottschalk (Skandinavien)

1996 Poff (Nordamerika) 2014 REFORM (Europa)

Pardé

Grimm

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ABFLUSSREGIME IN ÖSTERREICH – Grundlagen

Pardé (1933) – Typisierung einzelner großer Flüsse weltweitSchwankungskoeffizient SK (monatlicher Q bezogen auf jährlichen Q)Anzahl max / min der SK im Jahresverlauf UND den Abfluss speisende Mechanismen bestimmen einfache / komplexe Regime glazial – Gletscher, nival – Schnee, pluvial – Regen

Grimm (1968) – Europaweite Klassifikationmodifizierter Pardé‘scher SK unter der Berücksichtigung des abflussreichsten bzw. abflussärmsten DoppelmonatsAusbildung und Auftrittszeitpunkt von Haupt‐ und Nebenmaxima bestimmt Regime

Unterschied: Verkleinerung der untersuchten EinzugsgebietsgrößeVerdichtung im alpinen Bereich

PROBLEM: Die resultierenden Regime dieser Typisierungsansätze sind kein Produkt der bestimmenden Faktoren!


ABFLUSSREGIME IN ÖSTERREICH

Mader, Steidl, Wimmer (1996) – Klassifikation österreichischer AbflussregimeDurch Kombination der SK Anpassung der Ansätze von Pardé und Grimm für Öeinfache / komplexe Regime, Speisungsart, Auftrittszeitpunkt

Voraussetzungen:Abflussreihe homogen und konsistentmin. 10 Jahre BeobachtungszeitAbfluss anthropogen unbeeinflusstkeine größere Seen im EinzugsgebietEinzugsgebiet > 10 km²

Komplexes Regime Einfaches Regime

Pinka Gurgler Ache

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ANWENDUNG UND NOTWENDIGKEIT

Informationsgrundlage für:Wasserwirtschaft, Hochwasserschutz, Energiewasserwirtschaft,Tourismus, Speicherbewirtschaftung, Restwasserabgabe,Modernisierung von Kraftwerken, Abschätzung hydrologischer Kenngrößen in unbeobachteten Gebieten (Schweiz) etc.

ABER: Anthropogene Eingriffe verändern Faktoren im EinzugsgebietDadurch auch Abflussverhalten und ÖF beeinflusst

WRRL fordert guten Gewässerzustand Für Herstellung von ÖF ist Kenntnis des natürlichen Zustandes bedeutend!

DAHER: Bestimmung von natürlichen Abflussregimen anhand von Abflüssen ohne anthropogene Beeinträchtigung


BEISPIELE

A C

B

A Station Haidbach | Felber AcheMQ 3,22 m³/s | 74,5 km²

B Station Kaprun| Kapruner AcheMQ 9,34 m³/s | 88,6 km²

C Station Bruck | Fuscher AcheMQ 6,25 m³/s | 161 km²

Effect of Hydro Power

www.verbund.com

ehyd.gv.at

ACB

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BEISPIELE

Taurach|Station Tamsweg377,9 km² | MQ 11,12 m³/s

Mur|Station Mörtelsdorf366,9 km² | MQ 9,17 m³/s

ehyd.gv.at

A

ehyd.gv.at

B


Gewässertypologie

DauerliniePotamal:

ausgeglichene Abflusssituation, starke Dämpfung, Tendenz zu gewundenen & mäandrierenden Lauftypen im Flachland

Rhithral:

laufender deutlicher Wechsel des Abflusses, kurzfristige Änderungen, Tendenz zu gestreckten & furkierenden Lauftypen im (Mittel)Gebirge

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Gewässertypologie

Retentionnatürliche FG selten für HW Abfluss ausreichend große

Gerinne => Wasseraustritt aus dem Gewässerbett

Retentionswirkung von Gewässerbett und HW Wellenform abhängig

Potamal:

flache Vorländer, Welle mit breiter flacher Spitze, geringe Spitzenabminderung

Rhithral:

steile, kleinräumige Vorländer, steile kurze Welle, große Spitzenabminderung möglich

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Natürliches FG - Potentielle FunktionFeststofftransport

Transportfunktion Krenal & Rhithral Umlagerungskapazität & Feststoffbewegung groß, großes Gefälle, hohe Turbulenzen

Potamal Umlagerungskapazität v.a. Seitenschurf, Sohlgefälle & Turbulenzen gering

Speicherfunktion Krenal & Rhithral Intensive Veränderungen, Ablagerungen in Kiesbänken, Inseln, Verschotterung der Vorländer

Potamal Energieüberschuss am Außenbogen (Abtrag), Energiedefizit am Innenbogen (Anlandung) © H. MADER

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Feststofftransport

Schwimmstoffe:

organisches, strukturbildendes, energielieferndes Material

Schwebstoffe:

Material berührt die Sohle nicht oder nur kurz

Geschiebe:

Material verläßt Sohle nur kurz

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Feststofftransport Korndurchmesser nimmt von oben nach unten

durch Abrieb, Zertrümmerung & Abschliff ab

FG strebt Ausgleichsgefälle an (Gefälle und Abriebswirkung sind im Gleichgewicht)

hohe Stabilität der Gewässersohle nur Täuschung - Änderungen in sehr großen Zeiträumen

Gefälle => Feststoffhaushalt => Abriebsfunktion

====> Ausgleichssohllage

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Typologie der FGFeststoffe• Substratverteilung

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Typologie der FG

AbflussGeologieKlimatisch - hydrologischBiozönosenGefälleVegetationFischzonierungHydraulik & MorphologieTemperaturamplitude u.a.m.

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Typologie der FG

Höhenlage (Ellenberg)

Flußordnungszahlen (Horton & Strahler)

Fischregionen (Illies & Botosaneau)

Hydrologisch-hydrografisch (Mader, Steidl, Wimmer 1996; überarb. K. Lebiedzinski in präp.)

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Typologie der FG

Zuordnung der wichtigsten Leitfischarten zu Fischregionen (Sandrock 1981, Moog, Wimmer 1990)

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Typologie der FG

Fischregionen & Temperaturamplitude

Grenzwerte der Temperatur für die Laichzeit (Humpesch)

Forelle 14,4° Brachse 17°Aitel 15° Karpfen 18°Rotauge 16° Schleie 22°

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Wesentliche Merkmale der FG

Charakteristische Lebensräume für Organismen vorhanden(Freiwasserbereich, Sohle, Interstitial, Wasserwechselzone, Auenbereich, Altarme, Stillgewässer, ...)

Laterale, longitudinale & vertikale Bewegung möglich(freie Bewegung - Drift & Fischwanderung, Vernetzung mit Nebengewässern, Altwässern, offene Sohle, ...)

Gewässertypische Wasserwechselzone

Standortstypische Begleitvegetation und Beschattung

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Charakteristische Abflussschwankungen im Tages- & Jahresgang

Zusammensetzung und zeitliche Variabilität der Feststoffe

Eigendynamische Veränderungen der Lauf-und Bettmorphologie

Konflikt: Raum & Nutzung

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Interstitial:hyporeischer Lebensraum – Hyporeal

• Lückensystem unter der Gewässersohle• Besonders schutzbedürftig• besiedelt je nach Korngröße und Struktur der

Sedimente bis ca. 1 m Tiefe (bei HW unbeeinflusste Feststoffe)

• stabiler Lebens- und Rückzugsraum für Benthos und für die Salmonidenentwicklung

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Fließgewässer als Lebensraum

• Alles, was keinen festen Halt hat wird verdriftet (Ausnahme: Fische – standorttreu)

• Wasserströmung ist entscheidender Milieufaktor

• Plankton: schwankende Biomasse je nach Produktion entsprechend Zu- und Abfluss

• Benthos: Haftung an Substrat (Saugnapf, Krallen,

Übergewicht – z.B. Steingehäuse, Grenzschicht, ...), Vorteil –Nahrung + O2, Nachteil – hydraulische Belastung

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Biologische Zonierung der FG © H. MADER

Gesellschaften der FG Organismen (Fische,

Benthos, NICHT Plankton) lösen sich von der Quelle Richtung flussabwärts ab

Wichtige ökologische Faktoren:Temperatur, Substrat, Tiefe, Strömung

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Krenal© H. MADER

Fact sheet:• Quellzone• Meist ohne Fische• Temperatur weitestgehend gleichbleibend• Temperaturamplitude 2 – 5 °C• Kälteliebende Organismen (Strudelwürmer, Milben,

Muschelkrebse,...)

• Substrat blockig/steinig• Hohes Gefälle• Geringe Wassertiefen, hohe Turbulenzen


Krenal© H. MADER

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Epirhithral / Metarhitral© H. MADER

Fact sheet:• Region des Gebirgsbaches• Obere-, untere Forellenregion• Bachforelle, Koppe, Elritze, Schmerle• Temperaturamplitude 9 – 13 °C• Eintagsfliegen, Steinfliegen, Köcherfliegen,.. • Substrat steinig, grobschottrig, rauhe Sohle• Hohes Gefälle, starke Verwirbelung• Geringe Wassertiefen, hohe Turbulenzen


Epirhithral / Metarhitral© H. MADER

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Hyporhithral© H. MADER

Fact sheet:• Übergang Gebirgsbach / Tieflandbach• Äschenregion• Äsche, Bachforelle, Huchen, Nase, ...• Temperaturamplitude - 18 °C• Liedmücken, Kriebelmücken, Gammariden,.. • Substrat (grob)schottrig• mittleres Gefälle• Wassertiefen und Fließgeschwindigkeiten

vielfältig


Hyporhithral© H. MADER

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Epi-, Metapotamal© H. MADER

Fact sheet:• Tieflandbach, Tieflandfluss• Barbenregion, Brachsenregion• Barbe, Rotfeder, Nase, Aitel, Brachse,

Schleie, Wels, ...• Temperaturamplitude > 18 °C• Fadenwürmer, Eintagsfliegen, Zuckmücken • Substrat sandig, schlammig• geringes Gefälle, große Wasservolumina• große Wassertiefen und gleichmäßige v


Epi-, Metapotamal

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Beispiel Makrozoobenthos

... ist am Selbstreinigungsvermögen im FG mit 66 - 90 % beteiligt !!!!

... besiedelt FG bis in rd. 1 m Tiefe (Interstitial) auf permanent & auf periodisch überfluteten Flächen

Qualität der Organismenzusammensetzung ist abhängig von der heterogenen Gestaltung des FG -Lebensraumes entsprechend seiner standortstypischen Ausprägung

Quantität ist abhängig von der benetzten, periodisch überfluteten aktiven Gewässerfläche

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