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Nachhaltiges Auenmanagement und Wasserkraft

 

Das Projektteam entwickelte Werkzeuge und Indikatoren, um die Auswirkungen einer angepassten Abflussregulierung und anderer Renaturierungsmassnahmen in Auengebieten flussabwärts von Wasserkraftanlagen zu quantifizieren, vorherzusagen und zu überwachen.

Hintergrund (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Die Wasserkraft ist ein wichtiger Baustein der Energiestrategie 2050. Sie muss aber nachhaltig entwickelt werden. Die Umsetzung einer angepassten Abflussregulierung, die Reaktivierung der Sedimentdynamik und die Renaturierung von Flüssen und Überflutungsgebieten werden immer vordringlicher und zwingender.

Ziel

Das übergeordnete Ziel war es, Werkzeuge und Indikatoren für die nachhaltige Entwicklung der Stromproduktion durch Wasserkraft zu erarbeiten und gleichzeitig Renaturierungsmassnahmen wie eine angepasste Regulierung des Abflusses und Geschiebetransports zu evaluieren und zu optimieren. Dazu wurden Indikatoren entwickelt und getestet, die hydromorphologische Strukturen (z. B. Diversität der Lebensräume) und ökologische Funktionen (z. B. Biodiversität, mikrobielle Aktivität) verbinden und die sich zur Evaluation von Renaturierungsmassnahmen für Überflutungsgebiete und deren Auswirkungen eignen. Für die Quantifizierung und Vorhersage des ökologischen Potenzials von Renaturierungsmassnahmen wurde eine umfassende hydraulische Modellierung vorgenommen. Zudem wurde mit Fernerkundungstechniken das Gelände von Überflutungsgebieten überwacht.

Ergebnisse

Aufgrund des Zusammenhangs zwischen Struktur und Funktion liessen sich unterschiedliche Gemeinschaften von Makroinvertebraten und Mikroorganismen je nach dem hydromorphologische Regime verschiedener Überflutungsgebiete (Restwasser, künstliche Hochwasser, naturnah) feststellen. Durch eine strukturelle Diversität (Habitate) und hydrologische Dynamik wurden die Vielfalt der Makroinvertebraten und Mikroorganismen und damit die Prozess-Heterogenität (Nährstoffkreisläufe) gefördert.

Die entwickelten numerischen Modelle führten zu einer Verbesserung des hydromorphologischen Indexes für Diversität (HMID) und der Evaluation geomorphologischer Eigenschaften (geschätzte Veränderung der Auenheterogenität) nach Renaturierungsmassnahmen. Zudem wurden die Grenzen und das Potenzial des HMID bei Restwasserbedingungen evaluiert.

Um zuverlässige Schätzungen zur Dynamik der Landbedeckung zu gewinnen, wurden im Rahmen der Bewertung der Veränderung von Auengebieten Empfehlungen für das Sammeln von Daten durch unbemannte Luftfahrzeuge (UAS) und für die Verarbeitung dieser Daten formuliert.. Eine optimale Beobachtung der Dynamik sollte sich auf die Kies-Wasser-Schnittstelle konzentrieren. Der Einsatz spektroskopischer Methoden zeigte, dass das hydrologische Regime einen Einfluss auf die Eigenschaften der Vegetation hat, wobei die Toleranz von Auenpflanzen gegenüber Stressfaktoren wie zum Beispiel Trockenheit beeinträchtigt werden kann. Gegenwärtige Modelle von Pflanzenstrategien vernachlässigen die nicht unbedeutenden Unterschiede innerhalb derselben Baumart.

Die Ergebnisse und ihre Anwendungen wurden im Rahmen eines grossangelegten Feldversuchs mit einer künstlichen Überflutung im September 2016 getestet. Durch das Hochwasser herbeigeführte strukturelle Veränderungen hatten bedeutende Auswirkungen auf die Funktion des Auengebiets aufgrund der benthischen und mikrobiellen Lebensgemeinschaften. Strukturelle Veränderungen wurden mit dem HMID in Kombination mit einer Geschiebezugabe quantifiziert. Weitere ökomorphologische Veränderungen wurden auf der Ebene der Landschaft mit UAS untersucht. Durch die Kombination der entwickelten Methoden konnte eine umfassende Bewertung des (positiven) Einflusses dieser Überflutung und ihres Einsatzes als Werkzeug für ein nachhaltiges Management von Flüssen und Auengebieten vorgenommen werden.

Bedeutung für die Forschung

Die Ergebnisse tragen zur Beantwortung der wichtigen Forschungsfrage bei, wie vielfältige Störungen und die Verbindungen zwischen Struktur und Funktion in Ökosystemen von Auengebieten zusammenwirken. In direktem Zusammenhang damit stehen verschiedene Renaturierungsmassnahmen wie künstliche Überflutungen und die Geschiebereaktivierung. Durch numerische Modelle ergänzt mit Fernerkundungstechniken gelang die Quantifizierung von Veränderungen in Auengebieten, eine wichtige Voraussetzung für die Beurteilung der Auswirkungen auf Ökosysteme und die Anpassungen des Managements.

Bedeutung für die Praxis

Für die Quantifizierung von Veränderungen in Auengebieten im Rahmen eines integrativen Managements der Wasserkraftproduktion eignet sich eine Kombination verschiedener Ansätze: strukturelle und funktionelle Indikatoren zur Evaluation, Modellierungen für Vorhersagen und Fernerkundungstechniken für die Überwachung. Auf diese Weise lassen sich Renaturierungsmassnahmen sowohl in wirtschaftlicher als auch ökologischer Hinsicht bewerten und optimieren.

Originaltitel

Hydro-Ecology and Floodplain Sustainability in Application (HyApp)

Projektverantwortliche

  • Prof. Anton Schleiss, Laboratoire de constructions hydrauliques, EPF Lausanne
  • Dr. Michael Döring, Institut für Umwelt und Natürliche Ressourcen, ZHAW Wädenswil
  • Prof. Michael E. Schaepman, Geographisches Institut, Universität Zürich
  • Dr. Christopher Robinson, Abteilung für Aquatische Ökologie, Eawag Dübendorf

 

 

Weitere Informationen zu diesem Inhalt

 Kontakt

Prof. Anton Schleiss Laboratoire de constructions hydrauliques
EPFL - ENAC - IIC - LCH
Station 18
Bâtiment GC A3 514
1015 Lausanne +41 21 693 23 82 anton.schleiss@epfl.ch

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