Zusammenhänge der Geometrie, Struktur, Strömung, Stoffakkumulation und Fauna in einem umgestalteten Fließgewässer (Steinau/Büchen) als Grundlage für eine verbesserte Berücksichtigung in der Planung

Abstract

Die EU-WRRL stellt seit dem Jahr 2000 einen Ordnungsrahmen für die europäischen Still- und Fließgewässer sowie das Grundwasser dar und wurde in nationales Recht eingeführt. Für berichtspflichtige Gewässer werden Monitoringergebnisse in Zustandsberichten alle sechs Jahre an die EG gemeldet. Maßnahmenprogramme sollen an Fließgewässern zum „guten ökologischen Zustand“ oder entsprechenden Potenzial führen. Über 80 % der Gewässer erreichen das Ziel heute nicht, so dass umfangreich Maßnahmen geplant und umgesetzt werden. Trotzdem zeigt die Literatur für viele Renaturierungsprojekte auch bei hohem Einsatz an Mitteln nur einen mäßigen Erfolg. Diese Arbeit befasst sich mit dem Fließgewässertyp 16, dem kiesgeprägten Tieflandbach, und der Planung zur Verbesserung des ökologischen Zustands insbesondere in Schleswig-Holstein. 25 Genehmigungsplanungen mit Erläuterungsberichten und Kartenwerken wurden dazu auf ihre Aussagen zum Leitbild, den Strukturen, den Substraten, der Strömungsdynamik sowie der Breitenvarianz untersucht. Es zeigten sich sehr unterschiedliche Qualitäten bezüglich dieser Parameter, welche sich in den letzten fünf Jahren verbesserten. Nur wenige der umgesetzten Maßnahmen haben zum „guten ökologischen Zustand“ geführt. Durch einen Workshop und eine Online-Befragung von Planern und Behördenvertretern wurde eine hohe Bedeutung von Lebensraumstrukturen betont, die sich bei der Fließgewässerrenaturierungsplanung aber zu wenig wiederfindet. Es stellte sich heraus, dass eine besser Verzahnung der Fachgebiete und überprüfbare Qualitätsmerkmale für eine optimale Planung und somit Erreichung der EU-WRRL-Ziele fehlen. Am Beispiel der Planung und Umsetzung der naturnah ab 2007 umgestalteten Steinau/Büchen wurden das Makrozoobenthon, die Habitatbedingungen, hydraulische Aspekte und die Sedimentation von Feinsedimenten in sechs Untersuchungsfeldern untersucht, um Faktoren für eine erfolgreiche ökologische Entwicklung zu dokumentieren und diese für eine optimalere Planung bezüglich der Habitat- und Substratqualität verfügbar zu machen. Eine Wirbellosenfauna im „guten ökologischen Zustand“ findet sich an Grobsubstraten, die ausreichend mit Strömung versorgt sind, um nicht zu übersanden. Diese Habitatbedingungen sind das Ergebnis einer speziellen Geometrie. Für eine leitbildgerechte Planung liegen Informationen und Merkblätter vor, jedoch führen diese bisher nicht mit ausreichender Sicherheit zu erfolgversprechenden Geometrien. Durch die Untersuchungen an der Steinau/Büchen sowie dem Referenzgewässer Kremper Au konnten Zusammenhänge zwischen der Strömungsdynamik, den eingebauten kiesigen Substraten und der biologischen Besiedlung festgestellt werden. Als Ergebnis dieser Arbeit wird für die Planung von Renaturierungs-maßnahmen ein besonderes Augenmerk auf die Herstellung einer ausreichenden Breitenvarianz, einer einfachen Überprüfung der Strömungsdynamik und der Nutzung der Vorgaben der „Hydraulischen Geometrie“ aus HARNISCHMACHER (2002) empfohlen. Das erforderliche Vorgehen im Planungsprozess wurde in einem Leitfaden aufgearbeitet. Hydronumerische Modellierungen von naturnahen Fließgewässerabschnitten sind in der Regel sehr aufwendig und unwirtschaftlich, daher müssen einfachere Möglichkeiten zur Qualitätssicherung der Planung erarbeitet werden. Die oben genannten Faktoren können hier deutlich einfacher angewandt werden und damit Habitatbedingungen schaffen, die größere Erfolgsaussichten für Planungen im Sinne des „guten ökologischen Zustands“ erreichen. Es wird daher vorgeschlagen, diese Faktoren auch im Sinne einer internen und externen Qualitätskontrolle auf Planunterlagen anzuwenden.

In 2000 German law integrated the European Union-wide Water Frame Directive, a framework outlining ecological standards and improvement benchmarks for watercourses, ground water and standing bodies of water. Data on monitored waterbodies are to be provided to the directive every six years. For watercourses, the directive stipulates that all flowing bodies of water be restored to a “good ecological state” or to a state in which such ecological health is readily foreseeable. Currently, more than 80% of rivers and streams in the EU do not meet this benchmark and extensive measures need to be taken in order to meet the Water Frame Directive’s objectives. Unfortunately, literature analyzing current conservation and renaturation projects indicates that, despite use of considerable capital, these methods are only moderately successful. This work analyzes methods utilitzed to improve the ecological health of gravel-bottomed low-land streams (type 16 watercourses), primarily in Schleswig-Holstein in northern Germany. The analysis was completed using both a theoretical strategy, investigating differences amongst planned projects and planning strategies, and a more practical study, examining various parameters of a successfully renatured waterway. For the theoretical analysis, overall approach, structures, substrates, diameter variability and fluid dynamics of 25 approved renaturation projects, including explanatory reports and map series, were examined, showing wide variability in quality, which improved over the course of the last five years. Few of the projects lead to the establishment of “good ecological state” in the redesigned watercourse. Responses from companies and individuals involved in renaturation projects at a workshop and to an online survey indicated they found structural elements of the watercourse to be of particular impor-tance. However, structural alterations were largely ignored in outlined projects. From this we conclude that standardized, verifiable quality control criteria within this field, necessary for the excellence in planning required to meet the European Unions water frame directives objectives, are still lacking. Detailed analysis of six representative sites along the Steinau (Büchen, Schleswig-Holstein) were used to generate data for the practical component of this work. Renaturation of the Steinau was com-pleted in 2007 and has in some parts been proven to meet “good ecological status” since this time. Macrobenthos, habitat conditions, hydraulic and fine-material sedimentation characteristics of these six locations were examined. It was determined that invertebrates, an important foundation of these aquatic ecosystems, were thriving best when the watercourse was lined with large, course sediment and water currents were brisk, preventing the fine-sedimentation. These habitat conditions are created by a specific geometry. While information and manuals for creating a targeted planning process exist, none provide, at this point, guidelines that sufficiently ensure the generation of this ideal geometry. With help of these analyses, along with data obtain from a control watercourse (Kremper Au) we were able to establish a link between the water currents, sedimentation and biological population of this type of habitat. This work provides evidence that successful renaturation projects should include introduction of ample changes in watercourse diameter, simple analyses of current dynamics within the watercourse and utilization of the “hydraulic geometry” guidelines described by HARNISCHMACHER (2002). In contrast to the currently utilized hydronumeric modelling of ecologically healthy watercourses, the above factors are easily and economically employed for planning and execution of renaturation projects and, based on our data, are more likely to provide successful reestablishment of “good ecological status.” We, therefore, suggest that these factors be added to the basic components accepted as necessary for a watercourse renaturation plan; a guide outlining the creation of a planning process which efficiently and sufficiently incorporates these factors is provided with this work.