1
Anwendung der
Modellierung zur Überprüfung der Gestaltung von Buhnen/Buhnenfeldern
Die Gestaltung von
Buhnenfeldern muss im Spannungsfeld zwischen Ökologie und Ökonomie, d.h. unter
der Berücksichtigung der Belange der Schifffahrt und der Anforderungen der Ökologie
an eine leitbildgerechte Gestaltung der Uferbereiche erfolgen. Die
Anforderungen beider Bereiche sollen im Folgenden umrissen werden, ebenso die
Modellierung möglicher Buhnenvarianten mit der exemplarischen Abschätzung ihrer
Auswirkungen auf die Fauna.
1.1 Ökomorphologische Kriterien (Leitbild) für die
Struktur der Elbe im Untersuchungsabschnitt
Für die Einschätzung der
dem Ökosystem angemessenen Struktur des Lebensraums bietet sich der Vergleich
mit historischem (Karten-)Material an (Bohle & Engel-Methfessel 1993). Abbildung 1, Abbildung 2 und Abbildung 3 zeigen beispielhaft
Karten der Elbe, anhand derer wichtige Strukturelemente zu erkennen sind, die
als Leitbild angesehen werden können:
Hohe
Breitenvarianz
Stabile Inseln
und Sandbänke mit Baumbestand
Starke
Mäandrierung des Flusses
Durchgängige
Nebenflüsse
Flache Ufer
Auenwald im
Uferbereich
Im Zuge des Ausbaus der
Elbe als Wasserstraße und der vermehrten Nutzung der Aue ergaben sich
gravierenden Veränderungen, welche in (Tabelle 1) zusammengestellt sind.
|
typische
Strukturelemente bis Anfang des 19. Jahrhunderts |
wasserbauliche
Veränderungen |
|
|
|
Tabelle 1: Veränderungen in der
gewässermorphologischen Struktur der Mittelelbe (Jährling 1992).
|
|
|
Abbildung 1: Lokale
Bildkarte von 1610. Quelle: http://elise.bafg.server.de/. |
|
|
|
Abbildung 2:
Die Elbe bei Drethem im Jahre 1792 u. 1893. Quelle: http://elise.bafg.server.de/. |
|
|
|
Abbildung 3: Gebietskarte von 1724. Sehr
differenzierte Darstellung der Inseln und Sandbänke. Breitenvarianz der Elbe
um das 4 bis 5-fache. Quelle:
http://elise.bafg.server.de/. |
Tabelle 1 bietet damit eine
Zusammenstellung der Strukturelemente, die in das Leitbild der Elbe bzw. eines größere Flachlandflusses wie der
Elbe gehören.
Weiterhin werden Leitbilder durch die Analyse
historischer Texte, die eindeutige Hinweise auf die damals typischen
Strukturelemente geben, erstellt. Jährling (1995) zitiert aus Roloff (1916), einer
Denkschrift zum 50 jährigen Bestehen der preußischen Elbstrombauverwaltung:
„...Im Fluss zeigten sich darum vielfach übermäßig
große Strombreiten mit entsprechenden Sohlverflachungen neben Engstellen, in
denen tiefe Auskolkungen und Uferabbrüche entstanden. Zahlreiche Sandbänke, die
bis Mittelwasserhöhe reichten und zum Teil mit Weiden bewachsen waren, lagen im
Strombette. Darunter waren auch so genannte Mittelsänder, die Stromteilungen
herbeiführten nicht selten... die Stromufer lagen in starkem Abbruch... im
Strom befindliche Baumstämme, die bei Hochwasser und Eisgang ausgespült
wurden... stromschnellenartigen Flussstrecken mit felsigem Untergrund bei
Torgau und Magdeburg...“
Allgemeines Ziel und Leitbild für ein Fließgewässer
sollten viele Teilbiotope mit unterschiedlichen Strukturen sein, die von
verschiedenen Organismengesellschaften besiedelt werden. So entstehen
beispielsweise durch unterschiedliche Strömungsverhältnisse Teilbiotope mit
verschiedenen dominierenden Substraten, in denen sich jeweils spezielle
Gesellschaften ansiedeln.
1.2 Faunistisches Leitbild für die Biozönose der Elbe im
Untersuchungsabschnitt
Das Leitbild der Biozönose der Elbe kann neben einem Vergleich
mit relativ naturbelassenen europäischen
Flachlandflüssen (Loire, Weichsel) durch historisches Datenmaterial und
paläo-limnologische Arbeiten (z.B. Walker 1993, Hoffmann et al. 2002)
rekonstruiert werden. Da einschneidende Veränderungen der Gewässergüte und der
Flussmorphologie schon vor Beginn der benthosbiologischen
Untersuchungen ab Mitte des 18. Jh. einsetzten ist es nur bedingt möglich das
ursprüngliche Arteninventar aus der Literatur nachzuvollziehen (Petermeier &
Schöll 1994). „Die Fauna der europäischen Flüsse wurde
zerstört, bevor es möglich war, sie komplett zu untersuchen“ (Fittkau &
Reiss 1983).
Allgemein ist als faunistisches Leitbild die Erhöhung
der Diversität durch stenöke, elbetypische Arten anzusehen. Arten,
welche nach historischen Quellen in der Elbe gefunden wurden, werden in Petermeier &
Schöll (1994) beschrieben: es sind dies u.a. die Taxa
|
Großtaxon |
Taxon |
Elbabschnitt |
|
Ephemeroptera |
Heptagenia flava (Rost.) |
Untere
u. obere Mittelelbe |
|
|
Baetis sp. |
Untere
u. obere Mittelelbe |
|
|
Caenis sp. |
Untere
u. obere Mittelelbe |
|
|
Potamanthus luteus (L.) |
Obere
Mittelelbe |
|
|
Ephoron virgo (Ol.) |
Obere
Mittelelbe |
|
Plecoptera |
Keine Angaben in Literatur |
Obere
Mittelelbe |
|
Trichoptera |
Hydropsyche angustipennis (Curt.) |
Obere
Mittelelbe |
|
|
Plectrocnemia sp. |
Obere
Mittelelbe |
|
|
Polycentropus sp. |
Obere
Mittelelbe |
|
|
Ceraclea fulva (Ramb.) |
Obere
Mittelelbe |
|
|
Limnephilus lunatus (Curt.) |
Untere
Mittlelelbe |
|
Odonata |
Coenagrion pulchellum |
Untere
u. obere Mittelelbe |
|
|
Lestes sponsa |
Untere
Mittelelbe |
|
|
Ischnura elegans |
Untere
Mittelelbe |
|
|
Gomphus flavipes |
Untere
Mittelelbe |
Die früheste Quelle, welche durch Petermeier &
Schöll (1994) ausgewertet werden konnte, ist aus dem Jahr
1937 die Untersuchung von Bauch (1958). Auch hier ist
schon mit einer Beeinträchtigung der Fauna durch anthropogene Veränderungen zu
rechnen. Pusch et al. (2002) versuchen
eine Bewertung der makrozoobenthischen Besiedlung in Bezug auf den
Referenzzustand für die Müggelspree. Für Defizite werden insbesondere die
mangelnde Hochwasserdynamik und der Mangel an Totholz verantwortlich gemacht. Pusch et al. (2002) nennen
die Taxa Heptagenia, Ephemera, Baetis und Brachycerus
„die bei vielfältigerem Habitatangebot (z.B.
dynamischer Sandbänke)... „ häufiger wären, sowie verschiedene Gomphidae.
Weiterhin werden verschiedene Trichoptera und Plecoptera und Unionidae genannt.
Für die Erfolgskontrolle ökologischer Sanierungsmaßnahmen
werden von Petermeier & Schöll (1994) Arten aus der
Gruppe der Mollusca, Plecoptera, Ephemeroptera, Trichoptera und Odonata
genannt. Die oben genannten Zeigerarten und elbetypischen Arten wurden im
Untersuchungsabschnitt, bis auf wenige Ausnahmen nicht gefunden oder lagen in
zu geringen Anzahlen vor. Zudem sind die genannten Arten oft lithophile Arten
die im vorherrschenden Weichsubstrat nicht auftreten. Es konnte für diese Arten
daher keine statistische Auswertung und Modellierung erstellt werden.
1.3 Allgemeine biologische Zielvorstellungen an die
Gestaltung von Buhnen
Die aus dem Leitbild
resultierenden biologischen Anforderungen an Ort und Gestaltung von Buhnen
lassen sich wie folgt beschrieben:
1. Die Elbe ist einer der wenigen Flüsse Mitteleuropas, deren typische Stromtalbiotope noch weitgehend im Verbund erhalten sind (IKSE 1995a). Das galt auch für die Biotope der semiterrestrischen Zone vor 1990. Nach dem Wiederausbau der Elbe und dem Neubau vieler Buhnen sind Qualität und Verbund der Biotope zwar deutlich reduziert aber immer noch, verglichen mit anderen Flüssen (Rhein, Neckar..) relativ gut. Der Verbund der Biotope, d.h. die Durchgängigkeit ist für die Fauna von besonderer Bedeutung, da Fische und Benthos während ihrer Lebensphasen unterschiedliche Biotopansprüche entwickeln und zur Artenerhaltung Wanderungsmöglichkeiten innerhalb des Fließgewässers benötigen. Ein Ziel einer möglichst umweltverträglichen Anlage von Buhnen und Buhnenfeldern sollte es also sein, die longitudinale Durchgängigkeit zu sichern, um die Wanderungsmöglichkeiten und damit den genetischen Austausch zwischen den einzelnen Populationen zu erhalten und zu fördern.
Von besonderer
Wichtigkeit ist ein Verbund der Ufer-Biotope: Die longitudinale
Migrationfähigkeit der Fauna sollte durch Buhnen und Buhnenfelder nicht
eingeschränkt, sondern durch ein Mosaik unterschiedlicher Habitate gefördert
werden.
1.
In diesem Zusammenhang ist auch der in weiten Bereichen vorhandene Anschluss
der weitgehend naturnahen Auen an den Strom Elbe zu sehen (AG der
Landesanstalten und -ämter für Naturschutz und Bundesamt für Naturschutz 1994). Die Auen, ebenso wie Altarme, Altgewässer und Stillgewässer,
dienen bei Hochwasser, insbesondere auch bei Eistrieb, als Refugialräume. Bei
einer weiteren Verbesserung der Wasserqualität der Elbe stellen sie Potentiale
für die Wiederbesiedlung dar. Weitere Funktionen erfüllen sie als
Reproduktionsräume für viele Faunenelemente. Insbesondere im Potamal ist der
Strom nicht als isoliertes Gebilde zu betrachten, das lediglich aus der
Stromrinne besteht, sondern als komplexes vernetztes Gebilde, das in
Interaktion mit dem Umland steht (Wetzel 1990).
Buhnen und
Buhnenfelder dürfen keinen Abschluss des Stroms darstellen, sondern müssen die
laterale Vernetzung mit der Aue durch entsprechende Habitatstrukturen und
Abflussdynamik mindestens erhalten, möglichst auch fördern.
2.
Aufgrund der Festlegung des Flussbettes des sog. „Sandstroms” Elbe
ergeben sich höhere Strömungsgeschwindigkeiten, die Sedimente sind ständigen
Umlagerungen unterworfen und daher nur für Habitatspezialisten geeignet aber
dennoch nicht „lebensfeindlich“ wie Caspers (1952) statuierte. Aufgrund der besonderen Bedingungen in der
Stromrinne ist insbesondere für anthropogen überformte potamale Gewässer
anzunehmen, dass die semiterrestrischen Flächen eine zentrale Rolle spielen.
Hier könnten sich, an den Ufern und den daran anschließenden
Gewässerstrukturen, auentypische Wasserpflanzen- und Röhrichtbestände mit einer
typischen diversen Fauna entwickeln. Die Gesellschaften von Chironomiden und
Oligochaeten in den langsam durchströmten Wasserwechselbereichen stellen eine
produktive Fauna dar.
Naturnahe
Fliessgewässer sind reich strukturiert und geprägt durch ihre Dynamik (Bohle 1996). Als besonders wichtige Elemente erweisen sich
eine hohe Dynamik des Substrats und der Wasserstände (in natürlichem
Zeitmuster, kein Wellenschlag) sowie und auch daraus folgend eine
differenzierte Sortierung des Substrats (Bohle & Methfessel 1993).
3. Die Sekundärproduktion dieses Teilbiotops ist als
Nahrungsgrundlage sowohl für die Jungfischbrut als auch für adulte Fische
wichtig. Ein weiterer Aspekt ist die Funktion der semiterrestrischen Flächen
als Laichhabitat. Als Ursache für das Ausbleiben bzw. Aussterben heimischer
Fischarten in der Elbe wird der intensive Ausbau der Elbe am Anfang des 20.
Jahrhunderts verantwortlich gemacht, der durch das Verschwinden der Kiesbänke
und Sänder wichtige Laichplätze lithophiler Fischarten vernichtete. Ebenso wie
die Gewässer der Aue erlangen damit die semi-terrestrischen Flächen als hoch
differenzierter Lebensraum einer diversen Biozönose eine besondere Bedeutung.
Das große
Flächenangebot und insbesondere die Strukturvielfalt, und daraus folgend auch
die hohe Diversität der Fauna ist zu erhalten bzw. zu fördern.
4.
Die
Austauschprozesse zwischen Wasserkörper und Interstitial prägen das Ökosystem
Fluss. So hat die Interstitialzönose hat einen besonders großen Anteil am Stoffumsatz
des Ökosystems Fluss, unter der Voraussetzung, dass eine ausreichende
Durchströmung und Versorgung des Interstitials mit Sauerstoff gewährleistet
ist, welche auch durch Bioturbation selbst begünstigt wird.
Eine Forderung
an eine ökologisch „günstige” Buhne wäre also, diese Verbindung nicht zu
unterbrechen wie dies z.B. durch die Verwendung von Geotextilien geschieht.
5.
Die Fließgewässerbiozönose ist nicht auf Wellenschlag evolutioniert.
D.h. viele Fließgewässertiere haben Übergangsstadien, die etwas über der
Wasserlinie durchlaufen werden (u.a. Großlibellen wie z.B. Gomphus
vulgatissimus). Wellenschlag, wie er von
Schiffsverkehr ausgeht, verursacht bei Tieren, die sich im Schlupfstadium
befinden und ins Wasser zurückgerissen werden, eine sehr hohe Sterblichkeit.
Aus
verkehrswasserbaulicher Sicht notwendige Bauwerke sollten so ausgeführt bzw.
saniert werden, dass sie die Uferlinie vor zu starkem Wellenschlag schützen.
6.
Die Buhne
klassischer Bauart verursacht im Buhnenfeld, bei Niedrigwasser wenn die Buhnen
nicht überströmt sind, eine kreisförnige Strömung häufig auch als
Buhnenfeldwalze bezeichnet. Diese Walze wird angetrieben von der Strömung im
Hauptstrom und ist sehr stabil, d.h. es kommt zu wenig Turbulenzen und nur
geringen Austausch des Wassers im Buhnenfeld mit dem des Hauptstroms. Die
geringe Strömungsgeschwindigkeit ohne Turbulenzen hat zur Folge, dass im
Buhnenfeld Detritus und Feinstsedimente sedimentieren und an vielen Stellen
Stillwassercharakteristik und Sauerstoffarmut (im Sommer) auftritt.
Um der
Fließgewässerbiozönose geeignete Bedingungen zu schaffen, sollte die Strömung
geradliniger gerichtet sein und ein stärkerer Austausch des Buhnenfeldwassers
mit dem Hauptstrom erfolgen.
7.
Die Sedimentation in der Buhnenfeldwalze bei Niedrigwasser bedingt ein
Verlanden der Buhnenfelder und Reduktion der aquatischen Biotope auf die
Hauptrinne, welche als Bundeswasserstraße relativ uniform ist. Die
terrestrischen Flächen werden damit, insbesondere während der
Hauptproduktionsphase ebenfalls stark eingeschränkt. Insbesondere Habitate die
permanent mit dem Hauptstrom verbunden sind zeichnen sich durch eine besonders
hohe Diversität aus wie Juget et al. (1994) für Oligochaeten der Rhone und Marmonier et al. (1994) für Ostracoden ermittelten.
Die Buhnenfelder
sollten so durchströmt werden, dass ein Zusedimentieren verhindert wird und die
großen und flachen Flächen der aquatischen Biotope erhalten werden. Ein
Abschluss der Nebengewässer ist zu verhindern.
Zusammenfassend sollten
folgende Elemente bei der Strukturierung der Buhnenfelder stärker gewichtet
werden bzw. auf die Ausbildung folgender
Strukturen geachtet werden (siehe auch Schöll (2002) S.33-S.34):
Strömungs-Substrat-,
Þ Habitat- Diversität und Dynamik
Vielfältiges
Relief mit z.T. flachem Anstieg, damit zu möglichst
jedem Wasserstand die besonders bioaktiven, benetzten Flächen groß sind,
insbesondere während der Hauptproduktionsphase
Die
Zusedimentation der Buhnenfelder und damit die Reduktion des Flusses auf den
Hauptstrom ist zu verhindern
großflächige
Kolke (z.B. als Retentionsflächen für Fische)
Geradlinige
gerichtete Strömung und Austausch mit dem Wasserkörper des Hauptstroms, keine
„Buhnenfeldwalze“
Die
Durchströmung der ufernahen Bereiche, insbesondere bei Niedrigwasser in der
Hauptproduktionsperiode der Spezies, ist zu verstärken.
Die genannten Elemente
können nicht in einem Buhnenfeld verwirklicht werden, sondern sollten in einem
Verbund von Buhnenfeldern berücksichtigt werden, so dass sich ein großräumiges Mosaik unterschiedlichster (lenitischer und lotischer)
Habitate ergibt. Dies ist nicht nur wichtig in Bezug auf eine quantitative
Zunahme der Taxa und ihrer Leistungen, sondern auch in Bezug auf Qualität der
Biozönose, da zu kleine Flächen nur von Restbiozönosen besiedelt werden (Bohle & Engel-Methfessel 1993). Die Habitattypen und Mosaiktypen, welche in der
Elbe im heutigen Ausbauszustand fehlen, müssen durch die oben genannten
Maßnahmen gefördert werden. Diese Maßnahmen führen zu erhöhter Diversität und
einer potamaltypischeren und elbetypischeren Biozönose.
1.4 Allgemeine Anforderungen an
Buhnen/Buhnenfelder aus Sicht des Verkehrswasserbaus
Große Ströme werden in
Mitteleuropa meist als Verkehrswege genutzt. Zur Sicherung einer ganzjährigen Binnenschifffahrt
werden Flussbauwerke (Buhnen, Leit- und Deckwerke) eingebaut, die grundlegend
in die hydraulischen und morphodynamischen Prozesse des Fließgewässers
eingreifen. Die Anforderungen des Verkehrswasserbaus an Buhnenbauwerke und die
resultierenden Auswirkungen auf die Ökologie lassen sich wie folgt
zusammenfassen:
1. Buhnen werden in Fließgewässer eingebaut, um die Wassertiefe zu erhöhen, indem die Durchflussbreite verringert wird. Der nach dem Buhnenbau zunächst ansteigende Wasserspiegel bewirkt eine größere Schleppspannung, so dass die Flusssohle stärker angegriffen und soweit vertieft wird, bis sich ein Gleichgewichtszustand zwischen der vergrößerten Schleppspannung und der mittleren Korngröße des Flussbettmaterials einstellt. Im neuen Beharrungszustand liegen alle Wasserstände, auch die der Hochwasserstände, tiefer als vor der Regelung.
2.
Buhnen dienen dem Errosionsschutz der Uferbereiche, da durch
die Ausbildung der Buhnenfeldwalze die Ufer zwischen den Buhnen vor direktem
Angriff der Strömung geschützt wird
3.
Die geringen
Strömungsgeschwindigkeiten in den Buhnenfeldern bedingen das Sedimentieren von
suspendierten Stoffen. Dies führt zu einer teilweisen Verlandung der Buhnenfelder, welcher aus aus
verkehrswasserbaulicher Sicht nichts entgegen steht, da dadurch der Fluss in seinem Bett festgelegt wird.
4.
Im Gegensatz zu
natürlichen Fließgewässern, für die Sedimentumlagerungen ein typisches Merkmal
ist, wird bei anthropogen genutzten Fließgewässern versucht, die Morphodynamik weitgehend zu unterbinden. Dies geschieht durch die
Verhinderung der Seitenerosion und die Festlegung einer bestimmten
Tiefenerosion bei bestimmten Ausbauzuständen.
5.
Bei der
Sanierung bzw. baulichen Veränderung
derzeitiger Buhnen in der Elbe (Ziel des Bundesministeriums für Verkehr ist die
Wiederherstellung des Ausbauzustandes von 1936), kann sich die z.T. zum
Stillstand gekommene (im Raum Wittenberge) oder zurückgegangene (Magdeburg
Niegripper Raum) Tiefenerrosion wieder verstärken (IKSE 1995b, Nestmann 1994, 1996). Die Eingriffsfolgen
werden relativ schnell sichtbar werden, da aufgrund der feinkörnigen
Sohlstruktur der Elbe die Errosionsprozesse beschleunigt ablaufen (Nestmann 1996). Die Tiefenerosion im
Strom zieht die Grundwasserspiegelabsenkung in den Vorländern nach sich und hat
weitreichende Folgen für Fauna und Flora der Feuchtbiotope und Auenwälder (IKSE
1995b). Auch wäre mit gravierenden ökonomischen Schäden zu rechnen, da in den
Elbauen Trinkwasser für 14 Millionen Menschen gewonnen wird und diese außerdem
als Erholungslandschaft dienen (AG der
Landesanstalten und -ämter für Naturschutz und Bundesamt für Naturschutz 1994).
Daher muss vorsichtig agiert werden und durch sorgfältige Untersuchungen sowie
behutsame Maßnahmen einer extremen Tiefenerosion
entgegen gewirkt werden.
Die genannten
Anforderungen des Verkehrswasserbaus stehen in einem Zielkonflikt mit den unter
1.3
oben genannten
Zielvorstellungen der Ökologie, einer weitgehend naturnahen Abfluss- und
Geschiebedynamik. Daher muss in Form modifizierter Buhnen/Buhnenfelder mit dem
zur Verfügung stehenden Platz, ein Kompromiss gefunden werden, der den
Anforderungen beider Bereiche näherungsweise gerecht wird.
1.5
Ist-Zustand und Möglichkeiten der Gestaltung und
Veränderung von Buhnen/Buhnenfeldern
Der Istzustand der Buhnen an
der Elbe wird im Folgenden beschrieben: „Die Buhnengeometrie der Elbe wurde um
die Jahrhundertwende nach Gesichtspunkten festgelegt, die im wesentlichen als
empirisch begründet bezeichnet werden kann. Interessant ist auch der Vergleich
mit anderen deutschen Strömen. Es zeigt sich, dass der Buhnenbau von Fluss zu
Fluss individuell verschieden ist und den jeweiligen Verhältnissen (z.B.
Strömung, Abflusscharakteristik, Baumaterial,...) Rechnung trägt. An der
mittleren Elbe können die geometrischen Parameter wie die Lage zum Stromstrich:
72° (inklinante Anordnung), Längsgefälle der Krone: 1:100-200, oberstromseitige
Böschung: 1:3, unterstromseitige Böschung: 1:2, Kopfneigung 1:5 sowie eine
Buhnenlänge von 50-70m als typisch angesehen werden. Weiterhin werden die
Gebietsparameter wie mittlere Sohlneigung der Elbe von 0,02 % und die Neigung
des Ufers gegen die „Fahrrinne von 1:20 sowie eine Fahrrinnenbreite von 50m und
eine Gesamtbreite des Gerinnes von 170m für das Modellgebiet angenommen“.
(aus
http://wabau.kww.bauing.tu-darmstadt.de/~krebs/www/Webpage/buhnen.htm Krebs 2000)
Die
oben genannte Buhnencharakteristik bewirkt eine kreisförmige langsame Strömung
im Inneren des Buhnenfeldes, welche durch die Strömung im Hauptstrom
angetrieben wird. Diese „Buhnenfeldwalze“ steht nur in geringem Austausch mit
dem Hauptstrom, daher zeichnen sich die Buhnenfelder durch sehr geringe
Strömung, deutliche Erwärmung des Wasserkörpers im Vergleich zum Hauptstrom und
Sedimentation von Feinstpartikeln aus.
Folgende
Parameter können bei der Gestaltung von Buhnenfeldern und Buhnen geändert
werden:
Der Abstand der Buhnen zueinander kann vergrößert
werden. Dies wirkt der Ausbildung der Buhnenfeldwalze entgegen, d.h. der
Austausch mit dem Hauptstrom wird verbessert (Weitbrecht & Hinterberger 2001), und es erfolgt eine eher stromabwärts gerichtete Strömung.
Die Buhnenlänge
kann variiert werden.
Die Anstellung
der Buhnen zur Strömung ist ebenfalls eine veränderbare Größe. An der Elbe
wurden die Buhnen in inklinanter Bauart ausgeführt, d.h. sie weisen der
Strömung mit dem Buhnenkopf entgegen. Dies bewirkt eine verstärkte Ausbildung
der Buhnenwalze und Sedimentation im Buhnenfeld bei Niedrigwasser, wenn die
Buhne nicht überspült ist. Bei Hochwasser, wenn die Buhne überspült ist bewirkt
die inklinante Stellung der Buhne eine Ableitung der Strömung vom Ufer. Dies
vermindert die Ufererrosion. Deklinante Buhnen haben im Vergleich zu
inklinanten Buhnen einen geringeren Massenaustausch mit dem Hauptstrom (Weitbrecht & Hinterberger 2001), eine Eigenschaft
welche einer fließgewässertypischeren Biozönose der semiterrestrischen Flächen
nicht gerecht wird.
Zahl und Größe
der Durchbrüche in den Buhnen ist eine weitere Steuerungsmöglichkeit. Ein
größerer Durchbruch verhindert u.a. die Bildung von Kolken (bei Hochwasser)
nach dem Durchbruch.
Ebenso wie die
Höhe der Buhnen und die Tiefe der Durchbrüche über welche gesteuert werden kann
bis zu welchem Wasserstand die Buhne durchlässig ist bzw. als undurchlässiger
Sperrriegel dient.
Eine Variante
eines Durchbruchs, welche z.B. Gaumert (1990) propagiert ist die Erstellung eines
Durchbruchs durch die Buhne in Form einer Röhre.
Eine weitere
Möglichkeit einer Gestaltung von Buhnen ist der Bau von uferparallelen
Leitwerken. Diese haben den Vorteil dass sie die Ufer vor Wellenschlag durch
Schiffsverkehr schützen, die hinter den Leitwerken liegenden Habitate
sedimentieren aber oft zu oder es entwickeln sich Bereiche mit starken
Sauerstoffdefiziten.
Eine
weitere Möglichkeit Habitate zu schaffen, die als Ersatz für die zur
Schifffahrt benutzte Hauptrinne dienen, ist der Bau von „secondary
channels“, also Seitengewässern, wie dies von Schropp &
Bakker 1998
am Beispiel des Rheins in den Niederlanden beschrieben wurde. Da dies aber den
Zukauf von Land erfordert was nicht überall durchführbar ist, und der
Gegenstand dieser Untersuchung die Buhnenfelder waren, wurde diese Möglichkeit
in der vorliegenden Arbeit nicht berücksichtigt.
Konkrete
Empfehlungen für den Bau eines einzigen „bestgeeigneten“ Buhnenfeldes und -typs
können aber nicht gegeben werden, da die hydraulischen und morphologischen
Bedingungen jedes Flussabschnitts zu sehr differieren und daher vor dem Bau dem
jeweiligen Flussabschnitt individuell anzupassen sind. Zu diesem Zweck wurde
das in diesem Projekt vorgestellte Modellierungswerkzeug geschaffen. In den
modellierten Elbeabschnitt wurden daher einige Buhnenvarianten in das vom TP
Wasserbau erstellte numerische Modell „eingebaut“ und die Auswirkungen der
Umbaumaßnahme auf die Fauna und Morpho- und Hydrodynamik beurteilt.
1.6 Getestete Buhnen Varianten
Im
Folgenden werden Buhnenvarianten beschrieben, welche hinsichtlich ihrer
Auswirkungen auf Morpho-, Hydrodynamik und Biologie getestet wurden. Es wurden
insbesondere Anzahl und Breite der Durchbrüche sowie Anzahl der Buhnen pro
Stromkilometer variiert, da davon ausgegangen wurde mittels dieser Maßnahmen
die deutlichsten Veränderungen zu erzielen. Leitwerke wurden nicht virtuell
erbaut, da die Aufgabe die Modifikation von Buhnenfeldern definierte. Die
Buhnen und Buhnenfelder dreier Elbeabschnitte wurden im Modell folgendermaßen
„umgebaut“:
Bei
Elbekilometer 422,5 links wurde jede zweite Buhne entfernt und die Lage der
Durchbrüche in jeder Buhne variiert (s. Abbildung
4 rechts). Dies sollte
eine vielfältige Morphologie der Buhnenfelder verursachen und wechselnde
Strömungsbedingungen schaffen. Da die Buhnenfelder in einem Gleithang liegen
konnte davon ausgegangen werden, dass die 2. Buhne für einen Uferschutz nicht
notwendig ist. Das Entfernen der 2. Buhne
sollte bewirken, dass die Strömung bei Niedrigwasser mehr am Ufer liegt und
damit bessere Bedingungen für rheophile, Potamal -typische Taxa geschaffen werden. Die versandeten
Buhnenfelder wurden zudem etwas vertieft.
|
|
|
||
|
Abbildung 4: Stkm 422, Ausgangszustand links, Relief der Variante
rechts. Legende: [m]
über NN. |
|||
Bei
Stkm 423,4 rechts im Prallhang der Elbe wurden keine
Buhnen entfernt, die Buhnen wurden aber mit Durchbrüchen versehen (s. Abbildung
5). Es wurden alternierend
zwei und ein Durchbruch in die Buhne
eingebaut. Es wurde erwartet, dass sich die vorher deutlich ausgeprägte
Buhnenfeldwalze abschwächt bzw. auflöst, um so einen größeren Austausch des
Buhnenwassers mit dem Wasserkörper des Hauptstroms zu ermöglichen.
|
|
|
Abbildung 5: Stkm
423, Ausgangszustand links, Relief der Variante rechts. Legende: [m] über NN, s. Abbildung 5.
Im
Prallhang bei Stkm 424 links (Abbildung
6) wurden insgesamt 5
Buhnen mit einem Durchbruch versehen, um zu testen, ob diese hintereinander
geschalteten Durchbrüche evtl. einen „Kanalisierungeffekt“
nach sich ziehen würden, welcher ein Teilungsgerinne simulieren könnte. Inseln
und Teilungsgerinne werden im Hauptstrom eines Fließgewässer, welches als
Wasserstraße genutzt wird, als Navigationshindernisse verstanden, könnten auf
diese Weise aber in anderen nicht für die Schifffahrt relevanten Bereichen
gefördert werden.
Insgesamt
sollten die Buhnenfelder auf die unter 1.3 genannten
Zielvorstellungen für optimierte Buhnen/Buhnenfelder geprüft werden und die
Auswirkungen exemplarisch an einigen Arten zu beurteilen sein.
|
|
|
|
Abbildung 6: Stkm 424, links Ausgangszustand, Relief der Variante rechts.
Legende: [m] über NN, s. Abbildung
5. |
|
1.7
Modellierungsergebnisse
der Buhnenvarianten
Im
Folgenden werden exemplarisch die Modellierungsergebnisse (dargestellt in dem
Arcview GIS) für die Chironomide R. demeijerei und den Tubificiden Limnodrilus
sp.
beschrieben. Die Modellierung wurde exemplarisch für zwei Taxa des
Weichsubstrats mit antagonistischer Reaktion auf die bestimmenden
Umweltfaktoren durchgeführt, für welche eine gute Qualität der Modellierung
erzielt werden konnte. Die Abundanz der Taxa wurde modelliert für die
Jahreszeit Herbst und ein pH Minimum von 7,5 , welche
aus der Trendanalyse als typisch für diese Jahreszeit ermittelt wurden. Es
wurde ein Pegel von 2,95m wie in der morpho- und hydrodynamischen Modellierung
angenommen. Der Wasserstand wurde entsprechend graphisch dargestellt.
Die Ergebnisse der morpho- und hydrodynamischen Modellierung
werden, soweit sie zur Erklärung der Modellierung der Taxa notwendig sind,
dargestellt. Eine weitere Auswertung und Darstellung der morpho- und
hydrodynamischen Ergebnisse erfolgte in BMBF (2002).
Legende für die folgenden
graphischen Darstellungen der Modellierungsergebnisse:
Die
Linien stellen Höhenlinien dar.
Pfeile
stellen Strömungsvektoren dar, deren Länge die Strömungsgeschwindigkeit angibt.
Die Anzahl der Strömungsvektoren pro Flächeneinheit entspricht der Anzahl der
Modellierungspunkte.
Für
die Darstellung der Strömungsgeschwindigkeit wurden Geschwindigkeiten, welche
über 3m/s lagen, als Fehler im Modell verstanden, da solche Geschwindigkeiten
nicht gemessen wurden. Die Maximalgeschwindigkeit wurde daher auf 3 m/s
festgelegt. Die Einheit der in den Legenden dargestellten
Strömungsgeschwindigkeiten ist [m/s].
Die
Einheit der in den Legenden dargestellten mod. mittleren Korndurchmesser ist
[mm].
In
den Darstellungen der modellierten Abundanz werden nicht überflutete Flächen
durch braune/graue (abhängig von der Höhe über dem Wasserspiegel)
Farbdarstellung gekennzeichnet. Benetzte
Flächen, für die kein Vorkommen modelliert wird, werden durch uniforme,
hellblaue Farbdarstellung gekennzeichnet. Eine gesonderte Kennzeichnung der
Flächen mit Hartsubstart (Buhnensteine), für die andere Modelle angenommen
werden müssten (s Kapitel ) wurde nicht
vorgenommen, kann aber im Modell leicht eingeführt werden.
Die
in den Legenden angegeben Anzahlen für die modellierten Spezies sind
Abundanzzahlen, mit der Einheit log Individuen/m2.
1.7.1 Buhnenfelder bei Stromkilometer 423
Abbildung 7 links zeigt die
Verteilung von Limnodrilus sp. vor dem virtuellen Umbau der Buhnen. Es wird die
Reaktion von Limnodrilus sp. sowohl auf die Strömung als auch auf die
Kornverteilung deutlich: Limnodrilus
sp. ist stagnophil. Daher ist die Abundanz in
der Strommitte am kleinsten und in den strömungsberuhigten Bereichen,
insbesondere an der Buhnenwurzel der stromauf gelegenen Buhne am größten.
|
|
|
|
Abbildung 7: Verteilung
von Limnodrilus sp. vor (links) und
nach (rechts) Änderung der Buhnenstruktur. Buhnenfelder im Prallhang bei Stkm. 423. |
|
|
|
|
||
|
Abbildung 8: Strömung vor (links) und nach ( rechts) Änderung
der Buhnenstruktur. Buhnenfelder im Prallhang bei Stkm.
423. |
|||
Die
Bevorzugung feinerer Substrate durch Limnodrilus sp. wird an dem durch ein
rotes Oval markierten Bereich der Buhnenfelder deutlich (Abbildung
7, Abbildung 8 Abbildung 9): Die hier
vorherrschenden gröberen Substrate bedingen eine Abundanzerniedrigung, welche
nicht durch die in diesem Gebiet relativ uniforme Strömungsverteilung zu
erklären ist.
|
|
|
||
|
Abbildung 9: Verteilung
der Korngrößen nach Änderung der Buhnenstruktur. Buhnenfelder im Prallhang
bei Stkm. 423.
Strömungsvektoren sind als dunkle Pfeile dargestellt. |
|||
Die
Modellierung von R. demeijerei einer typischen
Potamalart und Spezialistin für Bereiche mit hoher Geschiebeführung (Schöll 2002) wird in Abbildung
10 demonstriert. Die
Abundanz der Chironomide nimmt zur Flussmitte, den Bereichen mit größerer
Strömung zu.
|
|
|
||
|
Abbildung 10: Verteilung
von R. demeijerei vor (links) und
nach (rechts) Änderung der Buhnenstruktur. Buhnenfelder im Prallhang bei Stkm 423. Legende: log Abundanz
I/m2 von R.
demeijerei. |
|||
Wie
in der Diskussion der Ergebnisse des Weichsubstrats dargestellt, zeigt R.
demeijerei eine leichte Präferenz für gröbere Substrate, daher ist bei den groben
Sedimenten (dunkelblaue Ovale in Abbildung
9) eine Zunahme der
Abundanz zu verzeichnen (dunkelblaue Ovale in Abbildung 10). Diese ist nicht auf
eine Änderung der Strömungsgeschwindigkeiten zurückzuführen, da sich diese in
dem markierten Bereich nicht wesentlich ändern (Abbildung 8).
Die
Strömungsverteilung vor und nach Umbau der Buhnenstruktur ist in Abbildung
8 dargestellt. Es wird
deutlich, dass in den Buhnenfeldern der Anteil der schneller strömenden
Bereiche zwar nur wenig aber dennoch deutlich zugenommen hat (s. auch BMBF
2002). Daher reagiert R.
demeijerei mit einer Arealvergrößerung und
insgesamt mit einer Abundanzzunahme.
Der
Vergleich der Abundanz-Modellierung vor und nach Änderung der Buhnenstruktur
zeigt, dass eine größere „Fleckenhaftigkeit“ der Besiedlung durch Limnodrilus
sp. sowie
R. demeijerei nach Änderung der Buhnenstruktur erreicht wurde.
Die
Buhnenfeldwalze des stromauf gelegenen Buhnenfeldes ist ebenfalls aufgelöst (Abbildung
9), d.h. der
Massenaustausch mit dem Hauptstrom hat deutlich zugenommen. Dagegen besteht die
Buhnenfeldwalze im stromab gelegenen dargestellten Buhnenfeld weiterhin.
Insgesamt ist eine Diversifizierung der Umweltbedingungen des Areals zu
beobachten.
1.7.2 Buhnenfelder
bei Stromkilometer 422
Die Abundanzen von R. demeijerei und Limnodrilus
sp. wurden
für die Jahreszeit Herbst und ein pH Minimum von 7,5, welches nach der
Trendanalyse als typisch für diese Jahreszeit ermittelt wurde modelliert.
|
|
|
|
|
||||
|
Abbildung 11: Verteilung von Limnodrilus sp. vor (ganz
links) und nach (2. von links) Änderung der Buhnenstruktur. Buhnenfelder im
Gleithang bei Stkm 422 Legende links: Abundanz
(I/m2). Die Abb. 3 und 4 von links stellen die korrespondierende modellierte
Strömungsgeschwindigkeit dar. Legende mitte: mod.
Strömungsgeschwindigkeit [m/s]. |
|||||||
Die
Modellierung demonstriert, wie schon in der Modellierung des Buhnenfeldes bei Stkm. 423, die Präferenz von Limnodrilus
sp. für
lenitische Bereiche: der Tubificide dominiert in den sehr ufernahen, strömungsberuhigten
Bereichen, welche durch die (z.T. versandeten) Buhnen
gebildet werden.
Die
Modellierung der Buhnen – Variante ergibt ein sehr ähnliches Abundanzmuster. Da
der Bereich mit großem Korndurchmesser aber erweitert ist, werden hier größere
Bereiche als nicht für Limnodrilus sp. geeignet
gekennzeichnet. Allerdings ergibt sich, aufgrund der „Ausbaggerung“ insgesamt
eine Arealvergrößerung.
Für
die rheophile R. demeijerei wird in der Strommitte
eine größere Abundanz ermittelt, als für die Seitenbereiche. Die Unterschiede
zwischen Hauptstrom und Buhnenfeld sind aber weniger differenziert und
ausgeprägt als in der bei Stkm. 423 beschriebenen
Variante der Buhnenfelder (1.7.1), da der Fluss in diesem
Bereich ein sehr uniformes Bett aufweist.
|
|
|
|
|
||||
|
Abbildung 12: Verteilung
von R.
demeijerei vor (ganz
links) und nach (2. von links) Änderung der Buhnenstruktur. Die Abb. 3 und 4
von links stellen die korrespondierenden mittleren Korndurchmesser dar [mm]. |
|||||||
Die
Modellierung der Verteilung von R. demeijerei nach Umbau der
Buhnenfelder wird in dem 2. Bild von links in Abbildung
12 dargestellt. Es ergibt
sich, aufgrund der Ausbaggerung der Buhnenfelder, ebenfalls eine
Arealvergrößerung. Die modellierte Patchiness der Buhnenvariante ist leicht
erhöht. Die Strömungsvektoren (hier nicht grafisch dargestellt) indizieren die
Ausprägung von Buhnenfeldwalzen in einigen der Buhnenfelder. Diese ist aber
weniger deutlich, da die Buhnen versandet sind und die Buhnenstruktur nur noch
schwach ausgeprägt ist. Die Variante zeichnet sich durch gute Durchströmung der
Buhnenfelder aus. Eine Tendenz zur Ausbildung der Walze besteht nicht.
1.7.3 Buhnenfelder
bei Stromkilometer 424
Die
Abundanz von Limnodrilus sp. ist in den
strömungsberuhigten Bereichen der Buhnen am größten (Abbildung
13). Diese Bereiche wurden
durch die virtuelle Vertiefung und Vergrößerung der Buhnenareale vergrößert. In
der Strommitte finden sich, insbesondere bei der Variante, Bereiche für die
keine Vorkommen von Limnodrilus
sp. modelliert werden.
|
|
|
||
|
Abbildung 13: Verteilung
von Limnodrilus
sp. vor (links) und
nach (rechts) Änderung der Buhnenstruktur. Buhnenfelder im Gleithang bei Stkm. 424. |
|||
Dies
ist auf die in der Strommitte erhöhten Strömungsgeschwindigkeiten zurückzuführen.
Eine solche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit findet in den umgebauten
Buhnenfeldern, trotz durchbrochener Buhnen über ca. 500m Länge nicht statt (Abbildung
14); evtl. aufgrund der
Lage in einem, wenn auch schwach ausgeprägtem Gleithang.
|
|
|
||
|
Abbildung 14: Strömung
vor (links) und nach ( rechts) Änderung der Buhnenstruktur. Buhnenfelder im
Prallhang bei Stkm. 423. |
|||
Die
Buhnenfeldwalze und die daraus in den Seitenbereichen resultierenden
Stillwasserzonen bestehen daher weiterhin, wie dies die für andere Buhnenfelder
exemplarische Abbildung der Strömungsvektoren (Abbildung
15) verdeutlicht.
|
|
|
|
Abbildung 15: Relief
und Strömungsvektoren in einem Buhnenfeld bei Stkm.
424. |
|
In
Abbildung 16 ist die
Korngrößenverteilung in den Buhnenfelder vor und nach
Umbau der Buhnen dargestellt. In Abbildung
16 rechts treten in den
vergrößerten Buhnenfeldern relativ uniforme Bereiche mit feinem Substrat auf,
die durch einen Depositionswall mit gröberem Substrat
gegen den Hauptstrom abgeschlossen sind.
|
|
|
||
|
Abbildung 16: Verteilung
der Korngrößen nach Änderung der Buhnenstruktur. Buhnenfelder im Prallhang
bei Stkm. 424. |
|||
Abbildung 17 verdeutlicht, dass die Depositionsflächen der Stillwasserzonen mit besonders
feinen Korndurchmesser, welche durch die Vergrößerung des Buhnenareals
geschaffen wurden nicht für eine Besiedlung durch R. demeijerei geeignet sind. Durch die
Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeiten in der Strommitte, ergeben sich für R. demeijerei preferable
Bedingungen. Auch hier ist aber keine größere Diversifizierung der
Umweltbedingungen und damit der Besiedlung zu verzeichnen.
|
|
|
||
|
Abbildung 17: Verteilung
von R.
demeijerei vor (links) und
nach (rechts) Änderung der Buhnenstruktur. Buhnenfelder im Gleithang bei Stkm 424. Legende: log Abundanz I/m2. |
|||
1.8
Diskussion der Modellierungsergebnisse
Ein
Ökosystem besteht aus einem großen Komplex biotischer und abiotischer Elemente,
die direkt oder indirekt interagieren. Ein solches System kann nicht in seiner
gesamten Komplexität und allen beteiligten Faktoren modelliert werden. Es wurde
daher eine Reduktion auf die wichtigsten Umgebungsfaktoren und die am besten
darauf reagierenden Response Variablen vorgenommen. Wir verfolgten dabei einen
empirischen Ansatz, da zu wenig bekannt ist über die exakten, kausalen
Zusammenhänge in dem Ökosystem "Potamaler
Fluss". Die oft benutzte Methode der Verwendung von Indizes und der
Einteilung der Umweltfaktoren in Klassen wurde hier vermieden, da die
Einteilung in Klassen an sich schon eine Wertung beinhaltet. Weiterhin hat eine
diskrete Einteilung den Nachteil, dass Änderungen der jeweiligen Variable, die
sich innerhalb der Klasse vollziehen nicht zu einer Änderung der Response
Variable führen. Eine Bewertung der Response Variablen sollte nach der
Modellierung vorgenommen werden können. Eine Voraussetzung für die Aufstellung
eines empirischen Modells ist allerdings ein Gleichgewicht, in welchem sich das
zu modellierende System befinden sollte und die Modellierung innerhalb des
Mess-(Eich-) Bereichs (Ertsen et al. 1995). Für Fließgewässer ist ein, wenn auch
sehr dynamisches Fließgleichgewicht anzunehmen. Die große Dynamik der
benthischen Biozönose im Allgemeinen und die Verbesserung der Wasserqualität
der Elbe die für die Elbe-Benthozönose einen Wandel
zu einer anderen diverseren Biozönose bedeuten kann, lässt allerdings die
Postulierung eines Gleichgewichts fragwürdig erscheinen. Die Plausibilität der Übertragbarkeit
des
Modells in der Zeit,
d.h.
auf andere Jahre ist daher mit Unsicherheiten behaftet. Da das Modell aber
keine Prognosen auf Ebene der Biozönose, sondern auf Art, bzw. Taxa Ebene macht
und diese durch Vergleiche mit den autökologischen Ergebnissen anderer
Untersuchungen gut abgesichert erscheinen, ist die Übertragbarkeit aber
gegeben, soweit
sich die gewässerphysikalischen Parameter im Messbereich bewegen. Bei der Einwanderung
neuer Spezies, mit den darauf folgenden Interaktionen zwischen Neozoen und
„Alteingesessenen“, könnten sich allerdings aufgrund der natürlichen
Plastizität im Verhalten der Taxa, neue Beziehungen zwischen Umwelt und Taxon
ergeben (Bohle 2000). Diese wären im Modell nicht enthalten. In
Fliessgewässerlebensräumen, die durch physikochemische
Faktoren determiniert sind, können organismische Interaktionen aber irrelevant
sein (Bohle 2000). Dies gilt wahrscheinlich im Besonderen für die Elbe und ihre von
r-Strategen dominierte Biozönose.
Ein
Manko der Modellierung von Taxa ist allerdings, dass eine Veränderung der
Diversität nicht unmittelbar modelliert werden kann, da nur jene Arten in das
Modell aufgenommen werden können, welche im Gebiet vorgefunden wurden und für
die signifikante Modelle erstellt werden konnten. Das Modell könnte daher
weiterentwickelt werden, um nicht nur Arten (Zeigerarten) prognostizieren zu
können sondern auch Gilden. Eine Einteilung nach Ernährungstypen und deren
kleinräumige Modellierung würde im Gewässer potamalen Typs wie der Elbe aber
keine differenzierten Ergebnisse liefern, da die Dominanz der Filtrierer zu groß ist. Erfolg versprechender wäre eine
Einteilung in „Spezies Traits“ nach Usseglio-Polatera et al. (2000) und die
Modellierung der Eigenschaften der Spezies. Dies sollte auch die
Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Flusssysteme verbessern
(Usseglio-Polatera et al. 2000).
Die
Modellierung extrapoliert den Response der Spezies,
welcher aus der statistischen Analyse punktueller Mess- Ereignisse gewonnen
wurde auf den gesamten Fluss bzw. auf das begrenzte Messgebiet an der Elbe
zwischen Stromkilometer 412 und 427. Hier stellt sich die Frage nach der räumlichen Übertragbarkeit der Ergebnisse: Die
Messpunkte decken das abiotische Größen-Spektrum der Elbe in Bezug auf
Strömungsgeschwindigkeit, Substratzusammensetzung organischen Gehalt und
physikalische Parameter ab. Für diese Größen, welche durch die statistische
Analyse als die für die Biozönose entscheidenden herausgestellt wurden, bewegt
sich die Prognose im gemessen Skalen –Bereich. Für die Parameter
„Gewässertiefe“, welche in der Strommitte größer ist als im gemessenen Bereich
und direkter „Einfluss des Schiffsverkehrs“, welcher nicht gemessen wurde kann
keine direkte Aussage getroffen werden. Bei den in der Hauptvegetationsperiode
sehr geringen Wasserständen der Elbe ist der Einfluss eines Schiffes, z.B.
durch Turbulenzen welche durch die Schiffsschrauben in unmittelbarer Nähe der
Stromsohle verursacht werden, sicherlich erheblich. Da die Schifffahrt auf der
Elbe während des Niedrigwassers mit maximal 5 Schiffen pro Tag aber ohnehin
fast zum erliegen kommt (eigene Beobachtungen über 2 Jahre), kann diesem Faktor
nur lokale Bedeutung zugemessen werden. Die von uns in schnellströmenden
Bereichen nahe der Ufer nachgewiesenen rheophilen Arten R.
demeijerei und P. volki wurden auch in anderen
Untersuchungen in der Strommitte der Elbe nachgewiesen. (Petermeier &
Schöll
1996; Schöll & Balzer 1998). Die Gewässertiefe eine Faktor der sich in der
statistische Analyse als unbedeutet erwies, scheint keine Auswirkungen auf die
Zusammensetzung der Fauna zu haben. Es ist daher von der Übertragbarkeit auf
den gesamten Strom auszugehen. Von einer weiteren räumlichen Übertragbarkeit
der Modellierung auf andere Stromkilometer der Elbe kann ausgegangen werden,
soweit sich die gewässerphysikalischen Parameter im Messbereich bewegen. Dieser
Messbereich war, da die Variationsbreite der meisten physikalischen Variablen
in Flachlandflüssen, im Vergleich zu Gebirgsbächen, eng ist (Statzner et al. 1998), relativ
klein; es konnte daher nicht das komplette ökologische Potential (Nische) der
Arten mit oberem und unterem Pessimum und Optimum erfasst werden.
Die
Modellierung der veränderten Buhnen-/Buhnenfelder zeigte insgesamt eine
leichte Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit (s. BMBF (2002).). Dies war u.a.
Ziel der baulichen Veränderungen. Die Erhöhung war, insbesondere bei dem Prallhang
bei Stromkilometer 423, aber wesentlich weniger deutlich als dies erwartet
wurde. Es war ebenfalls Ziel der Veränderungen und wurde erwartet, dass der
Einbau der Durchbrüche in die Buhnen bei Stromkilometer 423 eine Auflösung der
Buhnenfeldwalze herbeiführen sollte. Dies gelang aber nur in einem der
modellierten Buhnenfelder bei Stromkilometer 423. Dies muss auf örtliche
Gegebenheiten zurückgeführt werden, die eine pauschale Vorhersage der
Ergebnisse verhindern. Eine Modellierung der Gegebenheiten vor Ort erweist sich
daher als notwendig, um die Ergebnisse von Umbaumaßnahmen besser vorhersagen zu
können. Es zeigte sich ebenfalls eine größere Fleckenhaftigkeit der
modellierten Abundanzen und Umweltfaktoren. Dies war ein erwünschtes Ergebnis,
welches auf eine potentiell hohe Diversität hindeutet.
Ein
kritikwürdiger Punkt ist der für die Modellierung verwendete Wasserstand bzw.
Pegel von 2,95m, welcher unter morpho- und hydrodynamischen Gesichtspunkten von
größerem Interesse ist; eine weitere Evaluierung möglicher Buhnenstrukturen und
der resultierenden Entwicklung der Abundanzverteilung müsste aber insbesondere
mit einem biologisch relevanteren, der Niedrigwasserperiode entsprechenden
Pegel von ca. 1,95 m getestet werden. Interessant wäre ebenfalls die
Entwicklung von Präferenzfunktionen für etwaige sich etablierende, stenökere Spezies mit engerer Habitatbindung. Dies würde
die Entwicklung präziserer Funktionen ermöglichen. Insgesamt wäre eine weitere
Absicherung des Modells auch in Bezug auf zeitlich längerfristige Prozesse, wie
Oszillation der Biozönosen im mehrjährigen Rhythmus oder das Ausfiltern
biologischer Interaktionen, wie die Interaktion zwischen sich etablierenden
Neozoen und „alteingesessenen“ Spezies erstrebenswert. Weiterhin wäre der Vergleich
der Ergebnisse, mit Präferenzen, welche unter anthropogen ungestörten
Bedingungen mittels der erarbeiteten Methodik ermittelt wurden, wünschenswert.
Da eine solche „Referenz“-Biozönose an der Elbe aber
nicht existiert, konnte dieser Vergleich nicht im Rahmen der vorliegenden
Arbeit durchgeführt werden.
Wie auch González-Oreja & Saiz-Salinas (1999) und Lamouroux et al. (1998) zur allgemeinen Eignung für die in diesen Untersuchungen
benutzten Modelle anmerken und schließen, ist dieses Modell nicht gedacht und
geeignet um exakte Abundanzen zu bestimmen, sondern um Trends und Präferenzen
als Response auf Änderungen der Umweltvariablen zu prognostizieren. In diesem
Sinne funktioniert das Modell wie gezeigt werden konnte.