Sohlschubspannung und Makroinvertebraten-Besiedlung in kleinen Fließgewässern

Poepperl, R.1; Gretzschel, O.2; Meyer, E. I.1 & Uhl, M.2

1 Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Institut für Evolution und Ökologie der Tiere, Abt. für Limnologie, Hüfferstraße 1, D-48149 Münster; 2 Fachhochschule Münster, Fachbereich Bauingenieurwesen, Labor für Wasserbau und Wasserwirtschaft, Corrensstr. 25, D-48149 Münster

In einem Fließgewässer(abschnitt) haben Abflussmenge, Querprofil, Gefälle und Sohlbeschaffenheit großen Einfluss auf die Sohl-schubspannung bzw. Schleppkraft und somit auf das Wechselspiel Ablagerung-Abtrag von Ge- schiebematerial. Bei gleichem Abfluss und breiterer Ge-wässersohle reduziert sich die Sohlschubspannung und feineres Material wird abgelagert. Auch die Lebensgemeinschaft der benthi-schen Makroinvertebraten des Fließgewässers sind diesen Pro-zessen ausgesetzt.

Sohlschubspannung und Makroinvertebraten:Die Sohlschubspannung, basierend auf dem hydraulischen Radius, weist in den sandigen Tieflandbächen Werte zwischen 0,6 und 2,6 N/m² auf. Maximale Werte zwischen 10,9 und 14,5 N/m² wurden für die schnellfliessenden und steinigen Bereiche der Kossau sowie für den Schwarzwaldbach Steina ermittelt.Von insgesamt 23 berechneten Indices zur Makroinverte-bratenbesiedlung weisen neun keine Beziehung zur Sohl-schubspannung auf (r² < 0,1), hierunter auch der Anteil sessiler Arten und der Individuenanteil der Kiesbewohner. Die höchsten Übereinstimmungen zeigten sich beim Di-versitätsindex nach Shannon-Wiener, dem Saprobienindex sowie beim Individuenanteil von Hypokrenal- und Epirhithral-Arten (r² = 0,63 bis 0,39).Bei derartiger Betrachtung sind hydrologische Besonder-heiten zu beachten. So wurden erheblich geringere Korrelationen bei Berücksichtigung der zeitweise trocken-fallenden Karstbäche ermittelt.

Quellen:Billen, M. 1996. Faunistische und limnologische Untersuchungen an einem Karstbach der Paderborner Hochfläche. Schriftliche Hausarbeit, Univ. Münster, 131 S. Böhmer, J., Rawer-Jost, C. Kappus, B. 1999. Ökologische Fliessgewässerbewertung. Handbuch Angewandte Limnologie, 8. Erg. Lfg. 12/99:3-59.Böttger, K. & Poepperl, R. 1992. Zur Makroinvertebraten-Besiedlung eines norddeutschen Tieflandbaches unter Herausstellung rheotypischer Arten. Limnologica 22: 1-15. Lehmkuhle, H. 1996. Limnologische Charakterisierung des Gellenbaches (Ostmünsterland): Frühjahr-Sommer-Aspekt. Schriftliche Hausarbeit, Univ. Münster, 96 S. Meyer, E.I. 1991. Pattern of invertebrate community structure, abundance and standing crop in a Black Forest stream: Results of a 3-year study. Verh. Internat. Verein. Limnol. 24: 1840-1845. Meyer, E.I. & Poepperl, R. 2003: Secondary production of invertebrates in a Central European mountain stream (Steina, Black Forest, Germany). Arch. Hydrobiol., in press.Poepperl, R. 2003. A quantitative food web model for the macroinvertebrate community of a northern German lowland stream. Internat. Rev. Hydrobiol. 88: 433-452.Speth, S. 1992. Ökologische Betrachtungen an den Makroinvertebraten eines norddeutschen Tieflandbaches – dargestellt am Beispiel der Osterau (Schleswig-Holstein). Dipl.-Arb. Univ. Kiel, 137 S.

0,60,81,52,32,63,43,75,0

10,913,514,5

42415388

103010201500

106108016002360

390

Sand Kies

SandSandSandKiesKiesKies

SteinStein

Grobstein

0,100,500,100,100,100,200,500,200,500,451,60

Gellenbach (NRW)Sauer (NRW) Ladberger Mühlenbach (NRW)Osterau 3 (Schl.-H.)Osterau 2 (Schl.-H.)Kossau 2 (Schl.-H.)Sauer 4 (NRW)Kossau 4 (Schl.-H.)Kossau 1 (Schl.-H.)Kossau 3 (Schl.-H.)Steina (B.-W.)

Sohlschub-spannung

[N/m²]

Abfluss [l/s]

Substrat- typ

Gefälle

[%]Gewässer

Charakteristika der betrachteten Fließgewässer mit modellierter Sohlschubspannung.

Ladberger Mühlenbach Steina

Ermittlung der Schubspannung: Basierend auf vorhandenem Daten- material zur Beschreibung der Gewässermorphologie wurden 1D-Wasserspiegellagenmodelle mit dem Programmsystem Jabron (Fa. Hydrotec) erstellt. Eingangspara-meter waren: Gefälle, Rauheit des Sohlsubstrates, Querprofil und Abfluss. Zur Charakterisierung der Makro-invertebraten-Gemeinschaft wur-den Indices berechnet, die auch zur ökologischen Fließgewässerbewer-tung herangezogen werden (z.B. Böhmer et al. 1999).

0

1

2

3

4

0 3 6 9 12 15

Hy

po

kre

na

l-In

div

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en

[%

]

0

3

6

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15

0 3 6 9 12 15

Ep

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ral-

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[%

]

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 3 6 9 12 15Schubspannung [N/m²]

Rh

eo-I

nd

ex

0

10

20

30

0 3 6 9 12 15

Art

en d

es

Rh

ith

rals

[%

]

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 3 6 9 12 15Schubspannung [N/m²]

Div

ers

ität

sin

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(S

-W)

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5

10

15

20

25

0 3 6 9 12 15

Ind

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%]

40

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80

100

0 3 6 9 12 15

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1,0

1,5

2,0

2,5

0 3 6 9 12 15

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ind

ex

Schubspannung [N/m²] Schubspannung [N/m²]

Schubspannung [N/m²] Schubspannung [N/m²]Schubspannung [N/m²] Schubspannung [N/m²]

r²=0,39(r²=0,04)

r²=0,39(r²=0,15)

r²=0,38(r²=0,15)

r²=0,38(r²=0,05)

r²=0,63(r²=0,49)

r²=0,33(r²=0,18)

r²=0,37(r²=0,36)

r²=0,53(r²=0,46)

Querprofil Querprofil

Abhängigkeit verschiedener Indices der Makroinvertebratenbesiedlung zur Sohlschubspannung.In Klammern: Angaben zum Korrelationskoeffizienten unter Berücksichtigung der Gewässerabschnitte des Karstbaches ‘Sauer‘.