nach oben

2018 | Buch

Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

Naturnaher Wasserbau

Entwicklung und Gestaltung von Fließgewässern

verfasst von: Prof. Heinz Patt

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

Einloggen, um Zugang zu erhalten

Über dieses Buch

Dieses Fachbuch wurde insbesondere im Hinblick auf die Neufassungen zahlreicher Umweltgesetze aktualisiert. Zu nennen ist hier insbesondere die Änderung des Wasserhaushaltsgesetz (WHG). Des Weiteren wurde der Stand der Arbeiten im Rahmen der Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie fortgeschrieben. Hierbei wurden auch die Erfahrungen mit den Maßnahmenprogrammen dargestellt.
Vorgestellt wird ein geschlossenes Bild für Planung und Durchführung naturnaher Maßnahmen an unseren Fließgewässern. Umfassende Hinweise zur aktuellen rechtlichen Situation, zum Planungsablauf und auf neue Aspekte bei der Gewässerunterhaltung sind ebenso enthalten wie hydrologische, hydraulische und sedimentologische Grundlagen.
Technik und Ökologie sind in diesem Werk über den naturnahen Wasserbau gleichwertige Partner. Es wendet sich in fachübergreifender Blickweise an die in Wasserwirtschafts- und Naturschutzverwaltungen sowie in Planungsbüros tätigen Ingenieure, Landespfleger und Biologen sowie an alle, die für Ausbau und Unterhaltung von Fließgewässern zuständig oder daran interessiert sind.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Zielsetzung

Zusammenfassung

Für den Naturhaushalt bedeutet jeder menschliche Eingriff eine Veränderung der natürlichen Lebensbedingungen und birgt deshalb die Gefahr der Störung des ökologischen Gleichgewichts in sich. In der Vergangenheit hat die Natur die aufgetretenen Instabilitäten durch ihr Regenerationsvermögen ausgleichen und überdecken können.

Die zunehmende Industrialisierung in den letzten Jahrzehnten hat jedoch zu einer derart deutlichen Steigerung der Belastung geführt, dass die bisher versteckten Umweltschäden mehr und mehr erkennbar wurden. Die Gesamtauswirkungen sind derzeit wohl noch nicht in vollem Umfang abzuschätzen.

Von Bedeutung für den Wasserhaushalt und die Entwicklung der Fließgewässer sind der zunehmende Flächenbedarf für Wohn-, Gewerbe- und Industriegebiete sowie die zugehörigen Infrastrukturen, die Sicherstellung der Wasserversorgung in Form von Trinkwasser für die Bevölkerung sowie Brauchwasser für Gewerbe und Industrie, der Ausbau der Gewässer zur Elektrizitätsgewinnung aus der regenerativen Wasserkraft und Hochwasserschutzmaßnahmen.

Heinz Patt

2. Rechtlicher Rahmen

Zusammenfassung

Die anthropogenen Nutzungsansprüche an Fließgewässern und Auen und der Flächenbedarf des wirtschaftenden Menschen einerseits sowie der nachhaltige Schutz der empfindlichen Lebensräume und der zum Hochwasserschutz erforderliche Wasserrückhalt andererseits erfordern ein Abwägen oft gegensätzlicher Interessen. Grundlage der dabei zu treffenden Entscheidungen ist ein umfangreiches rechtliches Regelwerk, das hier in seinen Grundzügen vorgestellt werden soll. Hierbei sollen insbesondere diejenigen Rechtsnormen benannt werden, die bei Ausbau und Unterhaltung von Fließgewässern häufig von Bedeutung sind. Die dabei getroffene Auswahl ist mit Sicherheit nicht vollständig und kann in keiner Weise eine rechtliche Beratung ersetzen.

Heinz Patt

3. Morphologie der Fließgewässer

Zusammenfassung

Geologische und klimatische Einflussfaktoren im jeweils durchflossenen Naturraum bestimmen die Entwicklung der Fließgewässer. Langfristige Prozesse bilden den Rahmen, in den sich kurzfristige Abläufe einfügen. In einem natürlichen Fließgewässer sind Linienführung und Längsprofil vorwiegend durch das Relief geprägt, während Erosion, Transport und Sedimentation das Gewässerbett formen. Langfristige und kurzfristige Prozesse überlagern sich ständig und finden ihren Ausdruck in der Gewässer‑ und Auenmorphologie.

Heinz Patt

4. Lebensraum Fließgewässer

Zusammenfassung

Natürliche Gewässer sind mit ihren Lebensräumen und Lebensgemeinschaften vielfältige Ökosysteme. Diese reichen von maritimen Ökosystemen wie Tiefsee‑, Schelf‑, Brandungs‑, Watt‑ und Brackwasserbereichen über Stillgewässer wie Seen, Weihern, Altgewässern, Hochmoorschlenken und nur zeitweilig wasserführenden Kleingewässern bis hin zu Quellen, Bächen, Flüssen und Strömen.

Alle genannten Gewässerlebensräume werden von den unterschiedlichsten physikalischen, chemischen und biotischen Faktoren geprägt. Zu den physikalischen zählen vor allem Wasseraustauschvorgänge, Temperatur‑ und Lichtverhältnisse sowie Substratbeschaffenheit, zu den chemischen die Sauerstoffverhältnisse, anorganische Stoffe, vor allem Nährstoffe, und zu den biotischen Faktoren insbesondere die Nahrungskette. Da die Gewässerlebensräume von unterschiedlichsten Kombinationen dieser Umweltfaktoren bestimmt werden, gibt es in natürlichen Gewässern eine Vielfalt an spezifischen Gewässerbiotopen und dementsprechend eine unglaubliche Fülle an Lebensgemeinschaften.

Heinz Patt

5. Fließgewässer – Güte, Struktur, Typologie sowie Bewertung und Zustand nach EG-WRRL

Zusammenfassung

Durch anthropogene Eingriffe und Belastungen wurde das Selbstreinigungsvermögen der Fließgewässer in vielen Fällen überschritten. Trotz der Fortschritte in der Klärtechnik und des intensiven Baus moderner Kläranlagen, sind einige Gewässer bereichsweise immer noch derart belastet bzw. umgestaltet, dass die Voraussetzungen zur Ansiedlung von naturraumtypischen Lebewesen in Gewässerkörper und Gewässerauen fehlen. Da eine naturnahe Gestaltung eines Fließgewässers nur dann sinnvoll ist, wenn die Gewässergüte bestimmten Mindestanforderungen genügt, sollen hier die wichtigsten Methoden zur Beurteilung der Gewässergüte kurz umrissen werden.

Als weiteres Qualitätsmerkmal ist in diesem Kapitel die Gewässerstruktur (vormals Gewässerstrukturgüte) enthalten. Unter diesem Begriff ist die Bewertung der vorhandenen Strukturen an den Fließgewässern und ihrer unmittelbaren Umgebung zu verstehen.

Die Fließgewässertypologie hilft, die wesentlichen Merkmale von natürlichen Fließgewässern in einem abgegrenzten Landschaftsraum zu beschreiben und ist damit die Grundlage für die Ausweisung von Referenzgewässern bzw. zur Formulierung von Referenzbedingungen. Diese dienen dann der Beschreibung des ökologischen Zustands der Gewässerkörper und deren Bewertung im Sinne der EG‐Wasserrahmenrichtlinie.

Heinz Patt

6. Hydrologische Grundlagen

Zusammenfassung

Die Hydrologie ist die Wissenschaft vom Wasser, seinen Eigenschaften und seinen Erscheinungsformen auf und unter der Landoberfläche. Der Anwendungsbereich beschränkt sich auf das Festland und die Inseln im Meer (DIN 4049 Teil 1). Dazu gehören die Fließgewässer (Potamologie = Flusskunde) und Seen (Limnologie = Seenkunde). Für die Hydrologie der Fließgewässer wird auch der Begriff „Gewässerkunde“ verwendet. Die Hydrogeologie beschäftigt sich mit dem unterirdischen Wasser (Grundwasser u. a.). Forschungsschwerpunkte sind jeweils die physikalischen, chemischen und biologischen Verhältnisse.

Der natürliche Wasserhaushalt eines Einzugsgebietes ist von seinen Hauptparametern Niederschlag, Verdunstung, Versickerung, Abfluss und Rückhalt abhängig. Das Zusammenspiel der einzelnen Größen und deren Anteile am Wasserkreislauf prägen die hydrologischen Parameter. Das hydrologische Messwesen (Hydrometrie) und hydrologische Auswerteverfahren dienen der Beschaffung bzw. Aufbereitung der für wasserbauliche Maßnahmen erforderlichen Bemessungsparameter.

Heinz Patt

7. Hydraulische Nachweise

Zusammenfassung

Im naturnahen Wasserbau sind hydraulische Nachweise erforderlich, um die vorhandenen Verhältnisse (Ist‐Zustand) zu überprüfen, die voraussichtlichen Auswirkungen einer Maßnahme abzuschätzen und eine geeignete Baumethode auswählen zu können.

Für die hydraulischen Nachweise werden heute sehr oft EDV‐Programme verwendet, deren theoretische Grundlagen dem Bearbeiter oft nicht bekannt sind. Plausibiliätskontrollen zur Überprüfung der Rechenergebnisse haben deshalb eine besondere Bedeutung. Im Folgenden sollen einige grundlegende Zusammenhänge der Hydraulik erläutert werden, die in Verbindung mit dem naturnahen Wasserbau nützlich sein können.

Heinz Patt

8. Feststofftransport in Fließgewässern

Zusammenfassung

Die Laufentwicklung eines natürlichen Fließgewässers wird maßgeblich von den Feststofftransportvorgängen geprägt. Das permanente Zusammenspiel von Strömung und Relief, die Wirkungen wechselnder Abflüsse auf Erosion, Transport und Ablagerung sowie die Auswirkungen von Störungen (z. B. durch das Wurzelwerk von Bäumen und Sträuchern) sind die Gründe, warum sich in natürlichen Fließgewässern die vielfältigsten Strukturen ausbilden.

An der Vielzahl empirischer Parameter in den Berechnungsformeln zum Feststofftransport spiegelt sich wider, dass viele Zusammenhänge immer noch nicht abschließend geklärt sind und wahrscheinlich mit einem vertretbaren Aufwand auch nicht geklärt werden können. Da die Einflussparameter sehr unterschiedlich sind, und sich dazu noch ständig verändern, werden auch zukünftige Formeln nur unter ganz speziellen Voraussetzungen ableitbar sein. Bei allen Betrachtungen zum Feststofftransport sollte man daher keine exakten Rechenergebnisse erwarten, sondern vielmehr die grundsätzlichen Zusammenhänge im Auge behalten.

Heinz Patt

9. Flussgebietsmanagement, Fließgewässerentwicklung

Zusammenfassung

Seit dem Jahr 2000 sind zahlreiche neue europäische Richtlinien in Kraft getreten, die das aktuelle wasserwirtschaftliche Handeln seit Beginn entscheidend prägen und im Verlauf der ersten Jahrzehnte des 21. Jahrhunderts bestimmen werden. Dazu zählen u. a. die Europäische Wasserrahmenrichtlinie (Richtlinie 2000/60/EG) und die Europäische Hochwasserschutz‐Richtlinie (Richtlinie 2007/60/EG).

Im Hinblick auf die nachhaltige Bewirtschaftung der Gewässer („Oberflächenwasserkörper“) und des Grundwassers („Grundwasserköper“), ist insbesondere die EG‐Wasserrahmenrichtlinie von Bedeutung. Wesentliche Instrumente der Wasserrahmenrichtlinie sind die Bewirtschaftungspläne für Einzugsgebiete (Art. 13 EG‐WRRL) und die Maßnahmenprogramme (Art. 11 EG‐WRRL).

Die Europäische Hochwasserschutzrichtlinie trägt dazu bei, die Flächen in Gewässernähe (im Wesentlichen die „Überschwemmungsgebiete“) für den Wasserrückhalt zu sichern und damit von einer für den Abfluss unverträglichen Nutzung fernzuhalten. Diese Areale könnten von Fall zu Fall zukünftig auch für die naturnahe Gestaltung der Fließgewässer, d. h. für eine Verbesserung der Gewässerstruktur, zur Verfügung stehen.

Heinz Patt

10. Naturnahe Gestaltung – Methoden des naturnahen Wasserbaus und der Ingenieurbiologie

Zusammenfassung

Eines der wichtigsten Ziele des naturnahen Wasserbaus ist es, einem Fließgewässer ausreichend Raum zu überlassen, so dass es sich durch Eigendynamik frei entwickeln kann. Lassen die bestehenden Randbedingungen eine freie Entfaltung nicht zu, muss der Mensch lenkend eingreifen. Der naturnahe Wasserbau bedient sich dabei der eigendynamischen Entwicklung oder solcher Bauweisen und Materialien, wie sie an der Stelle im Gewässer auch natürlich vorkommen könnten. Ein wesentliches Gestaltungselement sind dabei die ingenieurbiologischen Bauweisen, d. h. Bauweisen bei denen Pflanzen bzw. austriebsfähige Pflanzenbestandteile zum Einsatz kommen.

Heinz Patt

11. Baumaterialien im naturnahen Wasserbau und in der Ingenieurbiologie

Zusammenfassung

Können Fließgewässersysteme in unseren oft dicht besiedelten und genutzten Talräumen nicht ihrer eigendynamischen Gestaltung überlassen werden, so sind sie möglichst naturnah zu sichern. Dabei finden solche Materialien Verwendung, wie sie am jeweiligen Gewässer auch natürlich vorkommen könnten.

Im naturnahen Wasserbau verwendete Baumaterialien sind in erster Linie Pflanzen (Ingenieurbiologische Bauweisen), geschüttete oder gesetzte Steine und Holz. In Ausnahmefällen finden für Sonderkonstruktionen auch Metalle in Form von Pfählen und Drahtgeflechten (ggf. auch Spundwände) sowie Geotextilien aus Kunststoffen oder Naturfasern Verwendung. Abdichtende Materialien wie Beton, Asphalt, Kunststofffolien, Pflasterungen u. a. kommen für naturnahe Bauweisen im Allgemeinen nicht in Betracht.

Heinz Patt

12. Gewässerunterhaltung

Zusammenfassung

Für die Entwicklung von Fließgewässern spielt die Gewässerunterhaltung eine besondere Rolle, da diese nach Abschluss von Baumaßnahmen den Entwicklungsprozess maßgeblich beeinflusst. Deshalb sollte die Gewässerunterhaltung bereits frühzeitig in die Planung integriert werden.

Die naturräumlichen Gegebenheiten, naturschutzfachliche Aspekte sowie hydrologische und hydraulische Größen (u. a. Abflussleistung, Abflussregime, Feststoffhaushalt) sind bei der Planung der Gewässerunterhaltung zu berücksichtigen.

Rechtliche Grundlage der Gewässerunterhaltung ist § 39 WHG. Die Unterhaltung eines Gewässers umfasst seine Pflege und Entwicklung als öffentlich rechtliche Verpflichtung.

Heinz Patt

Backmatter

Titel: Naturnaher Wasserbau
verfasst von: Prof. Heinz Patt
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-22478-3
Print ISBN: 978-3-658-22477-6
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-22478-3