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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Abstract

 
   

"Gewässerentwicklung und Habitateignungsmodellierung (CASiMiR) zur Überprüfung der Wirksamkeit von strukturverbesserenden Maßnahmen an der Schwartau"

Die Schwartau ist ein kleiner Fluss in Schleswig-Holstein und gehört zu einem der Oberflächenwasserkörper bei denen die Zielerreichung nach EU-WRRL ("der gute ökologische Zustand") gefährdet ist. Sie verläuft im Naturraum des östlichen Hügellands in der Norddeutschen Tiefebene und mündet nach rund 39 km Fließlänge bei Bad Schwartau in die Trave, die dann in die Ostsee fließt.
In der Vergangenheit wurde die Schwartau im gesamten Verlauf ausgebaut und begradigt. Durch die ausbaubedingte Laufverkürzung und Gefälleerhöhung ist insbesondere die Tiefenerosion ausgeprägt. Das Schwartautal ist als Natura 2000-Gebiet ausgewiesen (LANU, 2003). Es handelt sich hier um ein FFH Gebiet, in dem die Art unio crassus, da sie als wasserabhängie Art unmittelbaren Einfluss auf Maßnahmen im Gewässer hat, besonders zu berücksichtigen ist.
In der vorliegenden Masterarbeit wurde in den Kapiteln 4 bis 7 überschläglich eine konzeptionelle Gewässerentwicklungsplanung für den Abschnitt von der Mündung in die Trave bis zum Barkauer See aufgestellt. Es wurde ein begründeter Leitfaden für die Behandlung des Gewässers Schwartau aufgezeigt, aber keine detaillierte Darstellung von Einzelmaßnahmen. Der Schwerpunkt der Bearbeitung liegt bei der Modellierung der Habitateignung (ab Kapitel 8) für die strukturverbessernden Maßnahmen und die Anwendung von CASiMiR. Für die Bestandsaufnahme wurde daher auf Daten der Untersuchungen, die im Rahmen der EU-WRRL landesweit erhoben wurden, zurückgegriffen und fällt daher entsprechend zusammenfassend aus.
Diese Bestandsaufnahme wurde mit dem Leitbild (dargestellt in Kapitel 4), das durch die Steckbriefe im Rahmen der EU-WRRL festgelegt wurde, verglichen, um die Defizite in Kapitel 5 festzustellen. In Kapitel 6 werden die Restriktionen betrachtet und daraus die Entwicklungsziele abgeleitet. Aus diesen verbleibenden Entwicklungszielen werden in Kapitel 7 qualitative Maßnahmenhinweise ermittelt. Die flächenscharfe und zeitpunktbezogene Entscheidung von Maßnahmen ist nicht Bestandteil dieser Arbeit, sondern wird in Zusammenarbeit mit dem zuständigen Wasser- und Bodenverband Schwartau sowie - speziell in Schleswig-Holstein - mit den Arbeitsgruppen der Bearbeitungsgebiete erarbeitet. Aus dem überschläglichen Entwicklungskonzept wird ein besonderer Gewässerabschnitt der Schwartau ("Parin") ausgewählt. In diesem Abschnitt (Kapitel 8) wurden morphologische Defizite aufgezeigt. Die angrenzenden Nutzungen ermöglichen Maßnahmen zur Strukturverbesserung. Die geplanten Maßnahmen werden auf ihre Wirksamkeit untersucht und beurteilt.
In diesem Gewässerabschnitt "Parin" wurden zwei repräsentative Strecken mit Längen von 500-770 m ausgewählt, von denen sich die Untersuchungsstrecke "Süd" im Niederungsbereich und die Untersuchungsstrecke "Nord" im kiesgeprägten Wasserkörper befindet. Es wurden für jede Untersuchungsstrecke drei Varianten berechnet. Der "Bestand", der ideale, leitbildgerechte Zustand (im Text "Paradies" genannt) und der aufgrund der Restriktionen realisierbare Zustand (im Text "Planung" genannt). Die Variante "Paradies" beinhaltet eine Laufverlängerung, Sohlanhebung und Querschnittsverkleinerung sowie den Einbau von Totholz, Störsteinen und kiesigem Substrat. Die Variante "Planung" hingegen kann aufgrund der Randbedingungen, wie die FFH-Art Unio crassus nur teilweise eine Sohlanhebung und keine Laufverlängerung erfahren.
Für die drei Varianten wird in Kapitel 9 die zwei-dimensionale hydrodynamischnumerische Modellierung mittels Hydro_AS-2D durchgeführt. Es werden die Wassertiefen und Strömungen ermittelt, um diese als Eingangsdaten für die Software CASiMiR bereitzustellen.
Auf der Grundlage des hier erstellten Berechnungsnetzes wurden die räumlichen Verteilungen des dominierenden Substrats und der charakteristischen Unterstände als Attribute zu den Elementen zugewiesen. Diese können von CASiMiR direkt eingelesen werden.
Mittels CASiMiR wurde eine Fischhabitatsimulation für diese repräsentativen Abschnitte für die zwei gewässertypischen Arten Meerforelle und Elritze durchgeführt. Dabei wird die Habitateignung jeweils für die drei Stadien adult, juvenil und laichend untersucht. Die Habitatsimulation mit CASiMiR ermöglicht quantitative und qualitative Aussagen über die Eignung von Lebensräumen für Indikatorfischarten, wodurch die Wirksamkeit der Revitalisierungsmaßnahme durch die Gegenüberstellung von Bestand und Planungsziel überprüft und optimiert werden kann (Schneider, 2001). Gewählt wurde der fuzzy-logische Ansatz. Die Habitatansprüche werden dabei mittels Expertenwissen (Fischbiologe) durch unscharfe Berechnungsmengen, sogenannte fuzzy-Sets und fuzzy-Regeln, formuliert. Um Habitatsimulationen durchführen zu können, sind für alle Kombinationen von hydraulischen und strukturellen Umgebungsparametern solche Regeln aufzustellen. Im vorliegenden Fall wurden vier Parameter berücksichtigt. Somit wurde die Aufstellung von 144 Regeln je Zeigerart und Stadium erforderlich.
Beide Untersuchungsstrecken Nord und Süd wurden entsprechend der Varianten modelliert. Das Ergebnis zeigt, dass sich die Habitateignung eindeutig verbessert. Dieses ist bedingt durch Veränderungen der Parameter Fließgeschwindigkeit und Wassertiefe als Konsequenz aus der Veränderung der Geometrie der Gewässerabschnitte sowie der Parameter Substrat und Unterstände. Besonders wichtig sind die Unterstände, damit ein Habitat, das gut geeignet ist, überhaupt genutzt wird. Das Vorgehen der Habitatmodellierung wird in Kapitel 10 und die Ergebnisse in Kapitel 10.4 erläutert.
Es handelt sich insgesamt um Ergebnisse für zwei Untersuchungsstrecken (Nord/Süd), drei Varianten (Bestand, Planung, Paradies), zwei Zeigerarten (Meerforelle, Elritze) und drei Stadien (adult, juvenil, laichend). In Kombination mit den Abflüssen ergeben sich in der Summe 198 Grundrisse mit der räumlichen Habitateignung, je 33 Grundrisse mit den Wassertiefen und Fließgeschwindigkeiten sowie die Diagramme mit der statistischen Habitatverteilung für alle Untersuchungsstrecken, Varianten, Zeigerarten, Stadien und Abflüsse. Aufgrund der hohen Anzahl von Ergebnissen werden in Kapitel 10.4 nur ausgewählte Ergebnisse ausführlich ausgewertet. Die vollständigen Ergebnisse sind auf der Anlage CD enthalten.
Aufbauend auf den Ergebnissen, erfolgt in Kapitel 11 eine Bewertung der Maßnahmen und die Diskussion über die Anwendung von CASiMiR. Die Ergebnisse der Habitateinungsmodellierung zeigen,, dass allein schon die Maßnahmen der Variante "Planung" eine deutliche Verbesserung der Habitateignung erzielen. Somit könnten auch Wiedereinbürgerungsmaßnahmen für die Elritze erfolgen. Als Folge darauf wird sich biologische Qualitätskomponente verbessern und somit die Schwartau dem Ziel des guten ökologischen Zustands näher bringen.
Das Habitatmodell CASiMiR zeigte sich als geeignet, die Umsetzung von Maßnahmen zur Zielerreichung der EU-WRRL zu unterstützen, die da es die Veränderungen von Struktur und Hydraulik auf das Habitatangebot abbilden kann. Für kurze Berechnungsstrecken ermöglicht CASiMiR die Modellierung und Vorhersage von potenziellen Lebensräumen für verschiedene Arten im frühen Planungsstadium von Maßnahmen und lässt eine Schlussfolgerung auf die biologischen Qualitätskomponenten und daraus folgend auf den ökologischen Zustand von Gewässern zu.