Ökohydrologische und hydraulische Fließgewässermodellierung zur Beschreibung aquatischer Habitate

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Naturnahe Einzugsgebiete, Fließgewässer und die aquatische Vielfalt wurden, aufgrund der negativen Auswirkungen der industriellen und urbanen Entwicklung sowie der Intensivierung der Landwirtschaft, verändert und degeneriert. Rehabilitationsmaßnahmen sind im Fließgerinne und dem Einzugsgebiet notwendig, um schlechte Zustände der Fließgewässer zu verbessern.  


In der Planungspraxis fehlt es an Werkzeugen mit denen die Auswirkungen solcher Maßnahmen auf den aquatischen Lebensraum beschrieben werden können. Zentrales Ziel dieses von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt finanzierten Projektes ist die Erstellung eines integrierten, GIS-basierten Modellsystems, dass die Einflüsse von Veränderungen in der Wasserbilanz und der Gewässerstruktur auf das aquatische Habitat von bestimmten Makrozoobenthosarten abbilden kann. Der methodische Ansatz ist die Kopplung eines ökohydrologischen Modells mit zwei hydraulischen Modellen, um die wichtigsten Lebensraumparameter der modellierten Arten abzubilden. Die Parameter Abflussregime, Wassertiefe, Fließgeschwindigkeit, Substratstabilität, Sedimenttransport und die Gewässerstruktur mit Informationen über das Substrat, Ufer und Vegetation werden mit den Ansprüchen der Organismen an ihren Lebensraum verknüpft. Diese Habitatfunktionen werden von einer autökologischen Datenbank und regionalen Makrozoobenthosbeprobungen abgeleitet.

 

Das Soil and Water Assessment Tool (SWAT) wird dazu verwendet das Abflussregime und die Erosionsprozesse im Untersuchungsgebiet, dem länglichen Einzugsgebiet der Kielstau in Norddeutschland, abzubilden. Drainagen und abflusslose Senken sind zwei regionale Landschaftscharakteristika und müssen aufgrund ihres entscheidenden Einflusses auf die Hydrologie in dem Modellierungsansatz berücksichtigt werden. Darüber hinaus wird SWAT dazu verwendet, den Sedimenteintrag aus dem Einzugsgebiet in das Gewässer zu simulieren. Dieser ist hauptsächlich beeinflusst von Drainagen und der Erosion von landwirtschaftlichen Flächen. Die SWAT Abfluss- und Sedimentganglinien für jeden Zufluss werden als Randbedingungen an HEC-RAS übergeben. Das Hauptgerinne der Kielstau wird mit diesem 1D-Modell modelliert, bestimmte Detailstrecken mit dem 2D-Modell Adaptive Hydraulic modelling system (ADH). Die Modelle berechnen Wassertiefe, Fließgeschwindigkeit, Substrat- und Uferstabilität sowie Sedimenttransport in variabler Auflösung.

 

Funktionen, die tödliche, unangenehme, angenehme und optimale Bereiche für jede modellierte Art und jeden Parameter beschreiben, werden auf die Parameterkarten angewendet, um eine abschließende Habitatevaluierung im GIS zu ermöglichen. 

 

Um die Modelle aufzusetzen und um die Ergebnisse zu überprüfen werden folgende Daten und Messungen verwendet: An der Fachabteilung Hydrologie und Wasserwirtschaft der Universität Kiel werden Sediment- und Erosionsmessungen durchgeführt. Biologische Probenahmen und Daten der Organismenpräferenzen werden durch das Institut für Hydrobiologie und Zoologie der Universität Duisburg-Essen geleistet und zur Verfügung gestellt. Gerinnetopographie, hydrologische und hydromorphologische Daten werden in abteilungs eigenen Kartierungen gesammelt und darüber hinaus zur Verfügung gestellt vom Landesver-
messungsamt Kiel, soilAQUA, dem Landesbetrieb für Küstenschutz, Nationalpark und Meeresschutz Schleswig-Holstein sowie dem Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume Schleswig-Holstein.