Projekt 34435/03

Einzugsgebietsbezogene, geodatenbasierte, ökologische Analyse der Fließgewässerkolmation: Grundlage für ein innovatives Lösungskonzept und die Entwicklung angepasster Maßnahmenvorschläge – 2. NACHBEWILLIGUNG

Projektdurchführung

Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) Institut für Grundwasser Ökologie GmbH (IGÖ GmbH)
Fortstr. 7
76829 Landau

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Untersuchungsschwerpunkt war die Frage nach der Bedeutung der Kolmation für den ökologischen Zu-stand der Fließgewässer und den Möglichkeiten, diese mit Hilfe des Kolmameters quantitativ zu erfas-sen. In diesem Zusammenhang wurden auch Einflüsse des Einzugsgebiets (z. B. Landnutzung, Gelän-demorphologie) betrachtet. Zu diesem Zweck wurden 25 Fließgewässer in Rheinland-Pfalz untersucht. Auf zwei räumlichen Ebenen (Bachabschnitt und Einzugsgebiet) wurden die den Gewässerzustand be-einflussenden Faktoren erfasst, zusammengeführt und bewertet. Auf der Gewässerebene erfolgte die Datenerhebung anhand umfassender ökologischer Untersuchungen, die auch die quantitaive Messung der Kolmation umfassten. Auf der Einzugsgebietsebene wurden die Datensätze vor allem durch eine geodatenbasierte Modellierung im Geoinformationssystem (GIS) ausgewertet. Dabei wurden 24 Gewäs-serabschnitte einmalig untersucht, während einer der Standorte (Unterer Guldenbach) für ein Jahr lang monatlich beprobt wurde, um die zeitliche Dynamik der Kolmation zu erfassen.
Ziel war es die Auswirkungen verschiedener Stressoren auf die Besiedlung der Fließgewässersedimente geprüft werden. Dabei sollten sowohl im Gewässer gemessene wie auch einzugsgebietsgebundene Stressoren (z. B. Feinsedimente, Pflanzenschutzmittel, Erosion) berücksichtigt werden.


Ergebnisse und Diskussion

Die Messungen der Kolmation ergaben deutliche gewässertypspezifische Unterschiede und zeigen die Notwendigkeit auf Referenzzustände für den naturgemäßen Zustand der jeweiligen Fließgewässertypen (nach LAWA), als Bewertungsgrundlage für die Kolmation, zu definieren.
Eine stärkere Kolmatierung wiesen i. d. R. Standorte auf, die nach EG-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) schlechter bewertetet waren. Deutlich negative Zusammenhänge mit der Kolmation zeigten die Tierge-meinschaften. Kolmatierte Standorte wiesen insbesondere im hyporheischen Interstitial eine geringere Diversität und höhere Anteile von Feinsedimentbesiedlern auf. Dieser negative Zusammenhang zeigte sich auch bei der Makrozoobenthosbesiedlung, war insgesamt aber weniger ausgeprägt.
Eine ausgeprägte zeitliche Dynamik der Kolmationsprozesse wurde am „Dauerstandort Unterer Gulden-bach“ festgestellt, die stark an das Abflussverhalten gekoppelt war. Die interstitielle Meiofauna spiegelte die wechselnde Kolmationssituation deutlich wider. Dies bedeutet, dass ein biologischer Bewertungsan-satz für die Kolmation anhand der interstitiellen Meiofauna als Kolmationsindikator möglich ist.
Salmonidengewässer und Gewässer mit Großmuschelvorkommen waren im Vergleich zu anderen Standorten etwas weniger kolmatiert. Aufgrund der geringen Stichprobenzahl wurde jedoch von einer weitergehenden Betrachtung abgesehen.
Standorte, deren EZG stärker landwirtschaftlich genutzt wird, waren tendenziell auch stärker kolmatiert und wiesen einen tendenziell schlechteren ökologischen Zustand sowie eine schlechtere Besiedlung auf. Ein signifikanter Einfluss von Pflanzenschutzmitteln auf die Makro- und Meiofauna war nicht erkennbar.
Bei der GIS-basierten Simulation erosionsmindernder Maßnahmen zeigte sich, dass der größte erosi-onsmindernde Effekt durch eine Änderung der Fruchtfolge im Ackerbau hin zu mehr Getreideanbau und Zeilenbegrünung im Weinbau zu erreichen wäre.
Weiterer Forschungsbedarf besteht hinsichtlich der Definition von gewässertypspezifischen Referenzzu-ständen für die Kolmationsbewertung. Auch zeigte sich, dass eine repräsentative Erfassung der Kolmati-on mehrmalige Messungen im Jahr erfordert. Generell bestätigen die Untersuchungen die Auffassung, dass die Erfassung und Bewertung der Kolmation, als ergänzender Teil der Fließgewässerbewertung es ermöglichen kann, zielgerichtete Maßnahmen vor allem auch im Einzugsgebiet zur Erreichung des guten ökologischen Zustands zu definieren.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse sowie die wichtigsten projektbezogenen Geodaten und Untersuchungsmethoden sind in einer Web- und Story-Map verknüpft und abrufbar, die öffentlich zugänglich ist (https://arcg.is/nH1OO).
Seit 2020 werden das Projekt und die Ergebnisse bei verschiedenen Fachveranstaltungen und Tagun-gen vorgestellt, die im Folgenden auszugsweise aufgelistet sind (weitere siehe Abschlussbericht:
- 24. Betreuertagung der Länder Hessen, Rheinland-Pfalz und Saarland in Wiesbaden/Naurod
- online-Tagung EGU21 (European Geosciences Union): Periodic alterations of the hydrological exchange in hyporheic sediments: colmation, hyporheic fauna and abiotic parameters in a second order stream during one year.
- online-Tagung der SedNet-Konferenz (European Sediment Network): „Annual dynamics of river bed clogging in a second order stream forms hyporheic community patterns“
- Projektvorstellung auf der Jahrestagung der DWA-Sachsen-Thüringen (Gera)
- Projektvorstellung im Rahmen des jährlichen Treffens dem DGL AK Grundwasser
- Vrsl. November 2021: Präsentation der Untersuchungsergebnisse des Dauerstandorts „Unterer Gul-denbach“ bei der Veranstaltungsreihe "Bachpatentage 2021“ (Aktion Blau +)
In die Untersuchungen wurden insgesamt 3 Master- und 3 BachelorstudentInnen der Universität Kob-lenz-Landau eingebunden, die ihre Abschlussarbeiten darüber verfasst haben. In der ersten Masterarbeit wurden die letztlich angewandten Methoden erprobt und weiterentwickelt. Drei weitere Studierende un-terstützten im Rahmen ihrer Abschlussarbeiten die Untersuchungen am Unteren Guldenbach.
Die Veröffentlichung der Ergebnisse dieser Kolmationsstudie in einer wissenschaftlichen Fachzeitschrift ist für 2021/22 geplant.


Fazit

Es zeigte sich, dass die Kolmation einen starken Einfluss auf die Ökologie der Fließgewässer hat und in engem Zusammenhang mit der Bewertung nach der europäischen WRRL steht. Kolmation lässt sich quantitativ z. B. mit dem Kolmameter, aber auch faunistisch erfassen. Deshalb wird empfohlen, diese Verfahren weiterzuentwickeln und zu standardisieren. Dies setzt v. a. auch die Referenzierung der Se-dimentbeschaffenheit und –durchlässigkeit nach Gewässertyp voraus sowie die Erfassung der Kolmati-onsdynamik eines Standortes.
Die Bewertung der Kolmation lässt mögliche Defizite sowohl im Gewässer als auch im Einzugsgebiet er-kennen. Mittels GIS lassen sich diese Defizite in der Fläche ermitteln und daraus Lösungsmöglichkeiten, speziell abfluss- und erosionshemmender Art, ableiten. Besondere Ansatzpunkte dabei sind die erosi-
onswirksamen Abflussbahnen. Diese Effekte werden besonders dann wirksam, wenn sie im Zusammen-hang mit weiteren Renaturierungs- bzw. sonstigen Verbesserungsmaßnahmen durchgeführt werden.
Weiterer Forschungsbedarf besteht hinsichtlich der Definition gewässertypspezifischer Referenzzustän-de für die Kolmationsbewertung. Insbesondere erfordert die repräsentative Erfassung der Kolmation mehrmalige Messungen im Jahr.
Generell weisen die Untersuchungen darauf hin, dass die Erfassung und Bewertung der Kolmation, als ergänzender Teil der Fließgewässerbewertung dazu beiträgt, zielgerichtete Maßnahmen v. a. auch im Einzugsgebiet zur Erreichung des guten ökologischen Zustands zu definieren bzw. deren Erfolgskontrol-le dienen können.