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Erschienen in: Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft 1-2/2023

Open Access 02.01.2023 | Originalbeitrag

Morphologische und ökohydraulische Entwicklung von Renaturierungsmaßnahmen im Grenzabschnitt der Thaya

verfasst von: DI Marlene Haimann, DI Dr. Patrick Holzapfel, DI Dr. Mario Klösch, DI Franz Steiner, DI Kevin Merl, Erich Busch, B.Sc., DI Michael Krapesch, Univ.-Prof. DI Dr. Helmut Habersack

Erschienen in: Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft | Ausgabe 1-2/2023

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Zusammenfassung

Von Bernhardsthal bis zu ihrer Einmündung in die March bildet die Thaya die Grenze zwischen Österreich und der Tschechischen Republik. In diesem rund 15 km langen Abschnitt wurde der Fluss in den 1970er- und 1980er-Jahren hauptsächlich durch Abtrennung von Mäandern und Ufersicherungen begradigt und kanalisiert. Darüber hinaus wird dieser Abschnitt durch den Sedimentrückhalt in flussaufwärts gelegenen Stauseen und durch die Auswirkungen des Klimawandels beeinträchtigt. Dies hat zu einer negativen morphologischen Reaktion des Flusses, Eintiefung des Gewässers und einem Rückgang der Lebensraumvielfalt geführt. Da in unmittelbarer Nähe der Thaya noch ursprüngliche Lebensräume in Form von Altarmen und Auwäldern vorhanden sind, ist das Potenzial für eine Wiederherstellung besonders groß. Dieses Potenzial wurde genutzt, in dem Renaturierungsmaßnahmen wie die Entfernung von Ufersicherung und die Verstärkung der Ufererosion durch große Totholzstrukturen sowie die Wiederanbindung von Mäandern umgesetzt wurden. Durch ein Monitoring vor und nach der Renaturierung konnten die Auswirkungen dieser Maßnahmen auf die Morphodynamik erfasst werden. Darüber hinaus zeigt die durchgeführte Habitatmodellierung die positive Veränderung der Habitatverfügbarkeit nach Umsetzung der Renaturierungsmaßnahmen für Fische und Makrozoobenthos auf.
Hinweise

Hinweis des Verlags

Der Verlag bleibt in Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten und Institutsadressen neutral.

1 Einleitung

Mehrere Jahrhunderte menschlicher Aktivitäten haben zu erheblichen Veränderungen des Sedimenthaushalts und der Hydromorphologie und damit des natürlichen Charakters von Flüssen in Österreich, aber auch weltweit geführt. Diese hydromorphologischen Veränderungen haben weitreichende Folgen für die biologische Vielfalt und das Funktionieren von Ökosystemen (z. B. Elosegi und Sabater 2013). In den letzten Jahrzehnten wurde das Bewusstsein über die Auswirkungen dieser Veränderungen auf die Umwelt gestärkt und es wurden vermehrt Anstrengungen unternommen, um natürliche Bereiche zu schützen und Maßnahmen gesetzt, um degradierte Flüsse wieder an den ursprünglichen Zustand anzunähern (z. B. Habersack and Piégay 2008; Elosegi und Sabater 2013).
Zur Verbesserung des Sedimenthaushalts steht eine Vielzahl an Maßnahmen zur Verfügung (z. B. Habersack et al. 2019), die auf Einzugsgebietsebene, in der Strecke oder nur lokal gesetzt werden können. Je nach Gegebenheit wird dabei auch nach Maßnahmen unterschieden, die gegen zu viel Sediment, zum Beispiel bei Sedimentation in Stauräumen, oder zu wenig Material, etwa bei Eintiefung in der freien Fließstrecke, wirken. Maßnahmen, die einer Eintiefung in freien Fließstrecken entgegenwirken, lassen sich je nach Wirkungsweise gemäß Abb. 1 einteilen.
Die Maßnahmengruppe „Reduktion des Energieliniengefälles“ eignet sich besonders dann, wenn im Zuge von Regulierungen, beispielsweise durch Laufverkürzung bei mäandrierenden Flüssen, das Gefälle erhöht wurde und diese Gefällserhöhung kompensiert werden soll. In der Vergangenheit wurde dies häufig über einen vollkommenen Überfall durch Stufen, Wehre oder Abstürze erreicht, während heute der Fokus auf Lösungen liegt, die sowohl eine Verringerung des Energieliniengefälles als auch eine Durchgängigkeit für Fische und andere Biota ermöglichen, wie etwa (aufgelöste) Sohlrampen (Habersack et al. 2013). Neben diesen technischen Maßnahmen kann die Reduktion des Energieliniengefälles insbesondere bei mäandrierenden Flüssen auch über einen naturnahen Ansatz gelöst werden. Durch eine Laufverlängerung, etwa durch Wiederherstellung von Mäandern, ist es ebenfalls möglich, das Energieliniengefälle und somit die Transportkapazität zu verringern (Habersack et al. 2013). Die Wiederherstellung von Mäandern kann dabei durch die Reaktivierung eines künstlich abgekürzten Flussmäanders (Krapesch et al. 2009), durch das künstliche Anlegen eines neuen gewundenen Gerinnes oder durch das Auslösen von Seitenerosion erfolgen (Carolli et al. 2019).
Durch die Wiederherstellung von Mäandern wird die Sohlschubspannung verringert, die Sedimenttransportkapazität herabgesetzt und die Eintiefung des Flussbetts eingedämmt bzw. bei ausreichender Geschiebezufuhr gestoppt oder umgekehrt. Weiters verlangsamt sich auch die Transportgeschwindigkeit des Geschiebes, wodurch die Sedimente länger im Fluss verbleiben. Darüber hinaus profitiert die Habitatvielfalt von dieser Maßnahme. So erhöht sich beispielsweise die hydromorphologische Vielfalt in Bezug auf Fließgeschwindigkeiten, Wassertiefen und Korngrößen, und die neu geschaffenen oder wieder angebundenen Mäander bieten zudem Lebensraum für eine Vielzahl von aquatischen und terrestrischen Arten (Jähnig et al. 2009).
Bei der Planung und Umsetzung von Sedimentmanagementmaßnahmen sollte darauf geachtet werden, dass diese mehreren Zielen gleichzeitig dienen. In diesem Beitrag sollen daher Maßnahmen zur Wiederanbindung von Mäandern an der Thaya vorgestellt werden, die im Sinne einer Nature-based-Solution zur Wiederherstellung, zur nachhaltigen Nutzung und zum Management des veränderten Flusssystems beitragen, mit denen aber auch ökologische Herausforderungen wirksam und anpassungsfähig angegangen werden können und die gleichzeitig dem menschlichen Wohlergehen, den Ökosystemdienstleistungen, der Resilienz und der biologischen Vielfalt dienen.

2 Untersuchungsgebiet an der Thaya

Die Thaya ist ein Fluss in der Grenzregion zwischen Österreich und der Tschechischen Republik und weist eine Einzugsgebietsgröße von 13.404 km2 auf, das sich zu 83 % auf tschechischem Staatsgebiet befindet (Hackl et al. 1998). Von Bernhardsthal bis zu ihrer Einmündung in die March bildet die Thaya die Grenze zwischen den beiden Ländern (Abb. 2). In diesem Streckenabschnitt weist die Thaya ein Gefälle von rund 0,3 ‰ auf (Merl 2022). Der mittlere Durchfluss, gemessen am Pegel Bernhardsthal, beträgt 45 m3/s (Amt der NÖ Landesregierung).
In den 1970er- und 1980er-Jahren wurde die Thaya in diesem etwa 15 km langen Flussabschnitt reguliert. Durch Abtrennung der Mäander wurde der Fluss um etwa 3 km gekürzt und zusätzlich wurde die laterale Dynamik des Gewässers durch streckenweise Ufersicherungen eingeschränkt. Darüber hinaus wird dieser Abschnitt durch flussauf gelegene Stauseen, vor allem durch den Stausee Nové Mlýny, beeinflusst, wodurch der Sedimenteintrag beeinträchtigt ist und der Geschiebeeintrag komplett unterbunden wird.
Als Folge daraus ist der Abschnitt von Erosion betroffen und die Thaya tieft sich ein (Abb. 3a), wie die Ergebnisse des EU-geförderten (Interreg AT-CZ) Projekts „Sedimente, Ökosystemdienstleistungen und Wechselwirkungen mit Hochwasser und Dürre in der AT-CZ Grenzregion“ (SEDECO) zeigen (Habersack et al. 2022a). Basierend auf Profilvermessungen wurde eine Eintiefung des Talwegs von etwa 1,3 cm/Jahr im Zeitraum 1996 bis 2019 ermittelt (Abb. 3a). Der Vergleich der mittleren Sohlhöhen bezogen auf die benetzte Fläche bei Mittelwasser ergab eine mittlere Eintiefung von 1 cm/Jahr. Abschnitte ohne Ufersicherung weisen dabei weniger Eintiefung, dafür eine stärkere laterale Dynamik wie Aufweitung und Verlagerung der Flussachse auf (Abb. 3b). Das geringere Verhältnis zwischen Breite und Tiefe in Abschnitten mit gesicherten Ufern deutet darauf hin, dass die behinderte Ufererosion durch eine stärkere Sohleintiefung kompensiert wird (Habersack et al. 2022a; Merl 2022).
Durch den Vergleich der beiden Datensätze von 1996 und 2019 wurde ein Sedimentbudget mithilfe des neu entwickelten Sedimentbudgetierungstools BudSed ermittelt (Habersack et al. 2022a). Dies ermöglicht die Berechnung des Sedimentbudgets aus Querprofilaufnahmen unter Berücksichtigung der Uferradien. Da bei der Aufnahme im Feld auch der Übergang zwischen grobem und feinem Material aufgenommen wurde, war es unter der Annahme, dass das feine Material als Schwebstoff und das grobe Material als Geschiebe transportiert wird, möglich, eine Abschätzung des Sedimentbudgets unterschieden nach Schwebstoff und Geschiebe durchzuführen (Abb. 4). In unverbauten Bereichen kann teilweise ein verstärkter Austrag an Feinmaterial, verursacht durch vermehrte Ufererosion in diesen Abschnitten, beobachtet werden. Der Sedimenthaushalt (Schwebstoff und Geschiebe) ist nicht ausgeglichen, sondern defizitär, da eine Sedimentfracht von zirka 9000 m3/Jahr aus dem Abschnitt hinaus transportiert wird. Dieses Ungleichgewicht wird so lange bestehen bleiben, bis sich der Fluss z. B. durch Verringerung des Sohlgefälles ausreichend verändert hat, um die Eingriffe wie Regulierung und Stauräume flussauf zu kompensieren, oder neue Maßnahmen ergriffen werden, um diese Auswirkungen zu verringern.

3 Renaturierungsmaßnahmen

Die Eingriffe in das Flusssystem der Thaya führen zu einer negativen morphologischen Reaktion des Flusses und einem Rückgang der Lebensraumvielfalt. Da in unmittelbarer Nähe der Thaya noch ursprüngliche Lebensräume in Form von Altarmen und Auwäldern vorhanden sind, ist das Potenzial für die Renaturierung der Thaya in diesem Abschnitt besonders groß. Dies wurde in zwei EU-Projekten (Dyje 2020/Thaya 2020 und Thaya Wellendynamik/Dyje, rovnovážnádynamika odtokových poměrů) genutzt, in denen Renaturierungsmaßnahmen wie die Beseitigung von Uferschutz und die Verstärkung der Ufererosion durch große Totholzstrukturen sowie die Wiederanbindung von Mäandern umgesetzt wurden.
Für die Wiederanbindung wurden die Mäander D9 und D18 gewählt, welche die beiden größten Mäander in diesem Abschnitt darstellen. Der linksufrig, auf der tschechischen Seite gelegene Mäander D9 war vor der Renaturierung vollständig abgetrennt, der Mäander D18 auf der österreichischen Seite war unterwasserseitig noch angeschlossen (Abb. 5). Bei der Wiederanbindung der Mäander D18 und D9, die im Jahr 2018 bzw. in den Jahren 2018/2019 baulich umgesetzt wurden, musste auf die spezielle Situation in der Grenzstrecke der Thaya Rücksicht genommen werden. Die Staatsgrenze ist in diesem Abschnitt nicht koordinativ festgelegt, sondern als Mittellinie des Hauptarms der Thaya bei Mittelwasser (gemessen am Pegel Bernhardsthal) definiert. Um die Grenze nicht zu verlegen, konnte nicht der gesamte Durchfluss durch den Mäander geleitet werden, sondern der größere Teil des Durchflusses musste bei Mittelwasser weiterhin durch den Durchstich fließen. Die Durchflussaufteilung wurde über ein Bauwerk im Durchstich erreicht, das aus einer Spundwand und einer parabelförmigen Steinrampe mit einer Niederwasserrinne besteht. Durch die Wiederanbindung der beiden Mäander wurde dem Fluss rund ein Drittel der Laufverkürzung wieder zurückgegeben.
Eine weitere Renaturierungsmaßnahme wurde auf der österreichischen Seite bei Mäander D15 von viadonau im Jahr 2021 unter Beteiligung des Projekts SEDECO umgesetzt. Hier wurde der Einlaufbereich des Mäanders vergrößert und so der Durchfluss in den Mäander erhöht. Zusätzlich wurde im rechtsufrigen Bereich des Durchstichs im Bereich der Insel die Ufersicherung entfernt und das Material zur Sicherung des Einlaufbereichs verwendet. Im Bereich der Insel wird nun eine morphodynamische Entwicklung ermöglicht, die durch den Einbau einer Totholzstruktur im Hauptarm noch zusätzlich verstärkt werden soll (Abb. 6).

4 Morphologische und ökologische Veränderung durch die Mäanderwiederanbindung

Durch ein umfassendes Monitoring der Morphodynamik und eine Modellierung der Habitatverfügbarkeit vor und nach der Renaturierung im Rahmen des Projekts SEDECO können die Veränderungen und Auswirkungen dieser Maßnahmen aufgezeigt werden (Habersack et al. 2022b, c).

4.1 Morphologische Veränderung

Zur Ermittlung der morphologischen Veränderungen und der aktuellen Morphodynamik wurde die Gewässergeometrie in diesem Abschnitt der Thaya wiederholt mittels Querprofilvermessungen erhoben. Die Vermessungen wurden jeweils einmal vor der baulichen Umsetzung der Maßnahme und dreimal danach durchgeführt (Abb. 7). Aus diesen Daten wurden Geländemodelle erstellt und die Änderungen des Geländes zwischen den Vermessungszeitpunkten ermittelt.
Die Differenzenkarten des Mäanders D9 sind in Abb. 8 dargestellt. Die Entwicklung des Mäanders zwischen der Aufnahme 2018 und 2020 ist nicht nur von natürlichen Veränderungen geprägt, sondern zeigt auch Veränderungen, die aufgrund der Baumaßnahmen stattgefunden haben. Da der Mäander D9 vor Umsetzung der Baumaßnahme nicht angeschlossen war, mussten der Ein- und Auslaufbereich neu geschaffen werden. Der Zeitraum zwischen der Vermessung in den Jahren 2020 und 2021 war von einer Phase mit hohen Abflüssen gekennzeichnet, in der auch ein Ereignis größer als ein zwei-jährliches Hochwasser (HQ2 = 200 m3/s) auftrat. In diesem Zeitraum wurden im Mäander nur in einzelnen Bereichen Erosionen festgesellt; im Großteil des Mäanders wurde eine Anlandung von Sediment beobachtet (Gesamtänderung: 4970 m3). Im darauffolgenden Zeitabschnitt wurden diese Ablagerungen wieder ausgetragen (Gesamtänderung: −3870 m3) und die Sohle liegt im Jahr 2022 auf einem ähnlichen Niveau wie bei der Vermessung 2020 (mittlere Höhenänderung rund 3 cm; Gesamtänderung: 1100 m3). Davon ausgenommen sind der Einlauf und Auslauf des Mäanders, die im Vergleich der Jahre 2020 und 2022 eine Anlandung zeigen. Im Einlaufbereich fand im Untersuchungszeitraum entlang des rechten Ufers Erosion statt.
Im Mäander D18, der auch vor dem Umbau unterseitig angebunden war, hatte sich vor allem im unteren Bereich des Mäanderbogens viel Feinmaterial abgelagert. Dieses Material wurde nach Wiederanbindung teilweise bereits bis zur ersten (2019), aber vor allem bis zur zweiten Vermessung (2020) nach dem Umbau wieder ausgetragen. Im Zeitraum zwischen zweiter und dritter Vermessung trat im Einlaufbereich des Mäanders rechtsseitig Erosion auf.
Durch die Wiederanbindung der Mäander nimmt die Tiefenvariabilität in diesen Abschnitten zu. So kommt es etwa durch die Wiederanbindung des Mäanders D18 bei MJNQT (11,4 m3/s) zu einer Zunahme der maximalen Wassertiefe von 1,3 auf 1,8 m und des Interquartil-Abstands der Wassertiefen von 0,48 m auf 0,65 m im Vergleich zum Zustand vor dem Umbau. Diese Zunahme der Tiefenvariabilität bei der Wiederherstellung von Mäandern wird auch in der Literatur beschrieben (Klein et al. 2007; Pedersen et al. 2007; Sear et al. 1998).

4.2 Ökologische Entwicklung

Um die ökologische Wirksamkeit der Mäanderanbindung objektiv und quantitativ zu überprüfen, wurde ein ökohydraulischer Evaluierungsprozess mithilfe von meso- und mikroskaligen Habitatmodellen durchgeführt (Habersack et al. 2022c). Für die Habitatmodellierung wurde die spezielle Habitatmodellierungssoftware HEM (Habitat Evaluation Model) angewendet, die am Institut für Wasserbau, Hydraulik und Fließgewässerforschung (IWA/BOKU) entwickelte wurde (Hauer et al. 2009, 2011; Tritthart et al. 2008). In einem Sub-Modul (Mesohabitat-Evaluation-Model MEM) können sechs verschiedene Mesohabitattypen über eine funktionale Verknüpfung von tiefengemittelter Fließgeschwindigkeit (m/s), Wassertiefe (m) und Sohlschubspannung (N/m2) aus der 2D-tiefengemittelten, hydrodynamischen Modellierung ausgewiesen werden, wobei in dieser Untersuchung ein besonderes Augenmerk auf die räumliche und zeitliche Verfügbarkeit der hydromorphologischen Einheit Kolk (bzw. Pool) als Refugiallebensraum gelegt wurde. Kolke bzw. Kolktiefen wurden in mehreren Studien als maßgebliches Kriterium für Refugialhabitate von Fischen im Falle von langanhaltender Trockenheit ausgewiesen (Capone und Kushlan 1991; Labbe und Fausch 2000; Magoulick und Kobza 2003). In Tieflandflüssen wie der Thaya (Metapotamal) wären diese vor allem im Bereich der Prallufer von Mäanderschleifen vorzufinden. Bei morphologisch degradierten, begradigten Fließgewässern hingegen ist der Wegfall geeigneter Habitate durch ein mehr oder weniger gleichförmiges Strömungsbild mit niedrigen Wassertiefen im Falle von langanhaltenden Niederwasserphasen zu erwarten. Die Verfügbarkeit von Kolken an der Thaya am Mäander D18 wurde vor und nach Wiederanbindung untersucht. Die durchgeführten Analysen zeigen einen deutlichen Anstieg der modellierten Fläche für die hydromorphologische Einheit Kolk über ein breites Abflussspektrum, aber vor allem auch bei niedrigen Abflüssen (< 25 m3/s). Im Gegensatz dazu ist das Mesohabitat Kolk vor der Wiederanbindung kaum vorhanden (Abb. 9). Durch die Wiederanbindung des Mäanders wurde die morphologische Heterogenität und damit einhergehend das Vorhandensein von Refugialhabitaten an der Thaya deutlich verbessert. Somit wird die Resilienz der aquatischen Organismen gegenüber langanhaltenden Niederwasserwasserphasen, wie sie im nordwestlichen Teil des Donaueinzugsgebiets durchaus prognostiziert werden (ICPDR 2018), gestärkt.
Über ein weiteres Submodul im HEM-Modell wurde neben der Mesohabitatbewertung auch die Analyse von Mikrohabitaten durchgeführt. Für die Mikrohabitatmodellierung wird der PHABSIM Ansatz (Bovee 1986) angewendet, der die Nutzungskurven bestimmter Zeigerarten mit den Ergebnissen aus der hydrodynamischen Modellierung kombiniert. Nutzungskurven beschreiben die Habitateignung (bzw. „Habitat Suitability“) von Zeigerarten (z. B. Makrozoobenthos, Fische) in Abhängigkeit von physischen Parametern wie z. B. der Wassertiefe oder der Fließgeschwindigkeit (Bovee 1982; Heggenes 1988). Im vorliegenden Fall wurden die Nutzungskurven für die adulte und juvenile Barbe (Barbus barbus) aus den Arbeiten von Schöberl et al. (2014a, b) für die ökologische Bewertung der Mäanderanbindung anhand von Fischen herangezogen. Zusätzlich wurden die Nutzungskurven für ausgewählte Taxa des Makrozoobenthos (Orthotrichia sp., Oecetis sp., Potamanthus luteus., Aphelocheirus aestivalis) anhand von an der Thaya erhobenen Multi-Habitat-Sampling (MHS)-Daten und den an Ort und Stelle gemessenen hydraulischen Parametern abgeleitet. Die MZB-Beprobung wurde im Auftrag des Umweltbundesamts vom Institut für Hydrobiologie und Gewässermanagement (IHG/BOKU) im Jahr 2019 durchgeführt. Suitability Indices für einzelne Parameter wie z. B. Wassertiefe (SId) oder Fließgeschwindigkeit (SIv) werden durch Multiplikation zu einer „Gesamt-Suitability“ (SItotal) kombiniert (Gl. 1).
$$SI_{\text{total}}=SI_{v}*SI_{d}\qquad [-]$$
(1)
Mithilfe der Gl. 2 konnten mit der Software HEM die Weighted Usable Areas an den verschiedenen Untersuchungsstrecken für alle modellierten Durchflüsse ermittelt werden. Dabei wird für jede Zelle im Rechennetz die Fläche (Ai) mit deren Nutzungsindex (SItotal) gewichtet. Bildet man die Summe aller Einzelergebnisse des gesamten Rechennetzes, so erhält man die Weighted Usable Area (WUA) als Maß für die Habitatverfügbarkeit für die untersuchte Flussgeometrie in Abhängigkeit vom modellierten Durchfluss.
$$WUA={\sum }_{i=1}^{n}SI_{{\text{total}_{i}}}*A_{i}\qquad \left[-\right]$$
(2)
In Abb. 10 ist die modellierte Habitateignung für die adulte Barbe (Barbus barbus) bei einem Durchfluss von 25 m3/s vor und nach der Mäanderanbindung dargestellt. Es zeigt sich, dass infolge der Wiederanbindung des Mäanders die WUA von ursprünglich 3430 m2 auf das 6,5-Fache (22.295 m2) zunimmt.
Wiederholt man diesen Vorgang für unterschiedliche Durchflüsse, erhält man als Ergebnis eine für die jeweilige Gewässermorphologie und Zeigerart spezifische Habitat-Durchfluss-Beziehung (Abb. 11).
Es ist somit möglich, beide untersuchten Gewässermorphologien hinsichtlich ihrer zeitlichen Variation der Habitatverfügbarkeit durch die Verschneidung von gemessenen Abflusszeitreihen gegenüberzustellen. Dies gibt darüber Aufschluss, wie sich die veränderte Gewässermorphologie hinsichtlich der modellierten Habitatverfügbarkeit in der Vergangenheit verhalten hätte (Ex-post-Analyse). Für die Ex-post-Analyse wurde eine Durchflusszeitreihe von 20 Jahren (Anfang 1998 bis Ende 2018) gemessen am Pegel Bernhardsthal herangezogen und mit den jeweiligen Habitat-Durchfluss-Beziehungen verschnitten.
Um eine objektive Interpretation bzw. Vergleichbarkeit der modellierten Habitat-Zeitreihen durchzuführen, wurde die Auswertemethodik nach Capra et al. (1995) angewendet (Abb. 12). Diese Methode geht davon aus, dass die Populationsdynamik von aquatischen Organismen maßgeblich von jenen Zeiten gesteuert wird, in denen die Habitatverfügbarkeit begrenzt ist (Gesetz des Minimums). Bei der Auswertemethodik nach Capra et al. (1995) wird daher ein Grenzwert für die WUA eingeführt und alle aufeinander folgenden Zeitschritte innerhalb der untersuchten Zeitreihe, in denen der Grenzwert unterschritten wird, werden aufsummiert. In der vorliegenden Arbeit wurde als Grenzwert 50 % der maximalen WUA in der Habitat-Durchfluss-Beziehung des morphologischen Pre-Monitoring-Zustands definiert, d. h., dass Änderungen in den CUT-Dauerlinien aufgrund der Mäanderanbindung immer relativ zur Ausgangssituation vor der Mäanderanbindung zu betrachten sind. Anschließend werden alle Unterschreitungsereignisse nach ihrer Dauer absteigend sortiert und zusätzlich der relative Anteil der kumulativen kontinuierlichen Dauer in Prozent der Gesamtdauer eines jeden Unterschreitungsereignisses berechnet. Als Ergebnis erhält man eine sogenannte Continuous Under Threshold (CUT) Habitat-Dauerlinie (Abb. 12b).
Dieses Verfahren gibt somit einen Überblick über Dauer und Auftrittswahrscheinlichkeiten von begrenzter Habitatverfügbarkeit im aquatischen Lebensraum. Eine morphologische Maßnahme kann dann als erfolgreich betrachtet werden, wenn sowohl die kontinuierliche Dauer der Grenzwertunterschreitungen als auch die relative Gesamtdauer aller Unterschreitungen im Vergleich zum Vorzustand deutlich abnehmen. Dies zeigt sich deutlich in den in Abb. 13 dargestellten CUT-Dauerlinien für die adulte Barbe. Zieht man für die Auswertung die Gewässermorphologie vor der Wiederanbindung heran, wird der 50-%-Grenzwert für die adulte Barbe an 2274 aufeinanderfolgenden Tagen unterschritten. Dies entspricht einer kumulativen kontinuierlichen Dauer von 31,13 % der untersuchten Gesamtzeit (20 Jahre). Selbst die niedrigste, modellierte kontinuierliche Unterschreitung fällt mit 369 Tagen und einer kumulativen kontinuierlichen Dauer von 99,78 % sehr hoch aus. Ein völlig anderes Bild zeigt diese Form der Auswertung unter Verwendung der Flussmorphologie nach der Anbindung des Mäanders D18. Da es in diesem Fall zu keinerlei Unterschreitungen des WUA-Grenzwerts kommt, verschwindet die CUT-Dauerlinie im Koordinaten-Ursprung. Auch für die untersuchte juvenile Barbe kommt es in der Auswertung nach Capra et al. (1995) zu einer deutlichen Verbesserung der Habitatverfügbarkeit (siehe Abb. 13).
In Abb. 14 sind die modellierten CUT-Dauerlinien von ausgewählten Taxa des Makrozoobenthos vor und nach der Mäanderanbindung von D18 dargestellt. Es zeigt sich, dass infolge der Mäanderanbindung mit Ausnahme von Aphelocheirus aestivalis die modellierten Unterschreitungen des Grenzwerts für die untersuchten Taxa deutlich abnehmen. Im Falle von Oecetis sp., einer Köcherfliegenlarve der Familie Leptoceridae, sinkt die höchste errechnete, aufeinanderfolgende Unterschreitung von 303 Tagen (= 4,15 % der Gesamtzeit) auf 140 Tage (= 1,92 % der Gesamtzeit), wobei die kürzesten Unterschreitungen mit nur einem Tag anstatt an 56,26 % der Gesamtzeit nur mehr an 34,98 % der untersuchten Gesamtzeit auftreten. Für Potamanthus luteus, eine filtrierende Eintagsfliegenlarve, verkürzt sich die maximale Dauer der aufeinanderfolgenden Unterschreitung von 203 Tagen (= 2,78 % der Gesamtzeit) auf 84 Tage (= 1,15 % der Gesamtzeit). Betrachtet man die minimale kontinuierliche Dauer von 1 Tag, so verkürzt sich die kumulierte Zeit, in der diese Unterschreitung auftritt von 43,39 % auf 24,71 % des gesamten Untersuchungszeitraums (= 20 Jahre). Ebenfalls deutlich positiv wirkt sich die Mäanderanbindung auf die Köcherfliegenlarve Orthotrichia sp. (Hydroptilidae) aus. Anhand der modellierten CUT-Dauerlinien wird ersichtlich, dass der gewählte Grenzwert an WUA anstatt an vormals aufeinanderfolgenden 156 Tagen nur mehr an aufeinanderfolgenden 48 Tagen unterschritten wird. Die modellierte minimale Unterschreitung von nur einem Tag tritt hingegen nur mehr an 13,12 % im Vergleich zu vormals 58,89 % der Gesamtzeit auf.
Die ökohydraulische Evaluierung der Wiederanbindung des Mäanders an der Thaya fällt sowohl aus Sicht der Meso- als auch aus Sicht der Mikrohabitatmodellierung für die untersuchten aquatischen Organismen eindeutig positiv aus.

4.3 Weitere positive Effekte

Durch die Maßnahmen werden auch weitere positive Effekte erzielt, etwa für die Fischerei und den Paddelsport. Durch die Umsetzung der Maßnahmen wurde die Landschaft in dem Abschnitt der Thaya ästhetisch aufgewertet und durch eine größere Variabilität der Habitate und Fließgeschwindigkeiten abwechslungsreicher und somit attraktiver zu befahren. Entlang der Mäanderbögen liegen Daubelhütten, an denen durch die verbesserte Anbindung nunmehr Durchfluss vorbeiströmt und somit die Habitatverfügbarkeit für Fische erhöht wird. Um Ufererosion im Bereich der Hütten, aber auch in Bereichen anderer schützenswerter Infrastruktur wie Straßen und Schutzdämme zu unterbinden, wurden die Ufer teilweise gesichert. Hier kamen großteils ebenfalls naturnahe Maßnahmen wie Krainerwände aus Holz und Totholzstrukturen zum Einsatz.
Weitere positive Effekte durch die Anbindung von Mäandern sind aus der Literatur bekannt. So werden gemäß Bukaveckas (2007) auch positive Auswirkungen auf den biochemischen Kreislauf und die Lebensgemeinschaften erwartet, da die Verweildauer der Nährstoffe verlängert wird. Die Wiederherstellung von Mäandern kann sich auch positiv auf die Versorgung mit Totholz auswirken (Sear et al. 1998). Diese Auswirkungen wurden im Rahmen dieses Projekts allerdings nicht untersucht.

5 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen

Der Grenzabschnitt der Thaya zwischen Bernhardsthal und der Marchmündung wurde durch Regulierungen in den 1970er- und 1980er-Jahren und den Einfluss von Stauräumen flussauf stark beeinflusst. Als Folge der Laufverkürzung und des erhöhten Gefälles sowie des reduzierten Sedimenteintrags tieft sich die Thaya in diesem Abschnitt ein. Durch die Umsetzung von Renaturierungsmaßnahmen, bei der zwei Mäander (D9 und D18) wieder angebunden wurden und bei Mäander D15 ein Bereich mit vermehrter lateraler Dynamik – unterstützt durch den Einbau einer Totholzstruktur – geschaffen wurde, sollten die Hydromorphologie und die Habitatvielfalt verbessert, aber auch das Sedimentregime positiv beeinflusst werden.
Die umgesetzten Renaturierungsmaßnahmen scheinen vielversprechend, da durch die Laufverlängerung bei Mäander D9 und Mäander D18 sowie die Flussverbreiterung bei Mäander D15 durch die Maßnahmen das Energieliniengefälle bzw. die Sohlschubspannung reduziert und somit die Transportkapazität gesenkt werden. Zusätzlich wird durch die Ermöglichung der Ufererosion der Sedimenteintrag geringfügig gefördert. Darüber hinaus zeigen die Untersuchungen auch die positive Auswirkung auf die Flussmorphologie und den physischen Lebensraum durch die Zunahme der Tiefenvariabilität. Die ökohydraulische Evaluierung der Wiederanbindung des Mäanders an der Thaya zeigt sowohl aus Sicht der Meso- als auch aus Sicht der Mikrohabitatmodellierung für die untersuchten aquatischen Organismen eine Verbesserung der Habitatverfügbarkeit durch die Umsetzung der Mäanderwiederanbindung. Weitere positive Effekte etwa für die Fischerei und den Paddelsport durch eine größere Variabilität der Habitate, Fließgeschwindigkeiten und Abflüsse werden ebenfalls erzielt.
Durch ein umfassendes Monitoring und Habitatmodellierungen im Rahmen des EU-Projekts SEDECO wurden diese Renaturierungsmaßnahmen umfangreich untersucht und positive Veränderungen durch die Maßnahmen aufgezeigt. Das Monitoring der Wiederanbindung trägt dazu bei, das Verständnis von Renaturierungsmaßnahmen zu verbessern und ermöglicht es, Erkenntnisse für die Planungen zukünftiger Maßnahmen zu gewinnen. Die Habitatmodellierung ist ein wirksames Tool, das bei der Planung von Maßnahmen und der Abschätzung der Habitatentwicklung behilflich sein kann.
Das Monitoring der Renaturierungsmaßnahmen sollte fortgesetzt werden, da sich das System auf die Veränderungen noch nicht komplett eingestellt hat und noch weitere morphologische Veränderungen zu erwarten sind. So zeigten Krapesch et al. (2009), dass eventuell wieder Verlandungen auftreten können, wenn Mäander nicht über das gesamte Jahr voll angebunden sind. Darüber hinaus sollte die Vermessung der Gesamtstrecke wiederholt werden, um den Einfluss der Maßnahmen auf diesen Grenzabschnitt der Thaya beurteilen zu können. Dies ermöglicht die Beurteilung, ob weitere Maßnahmen, wie etwa die Zugabe von Geschiebe, notwendig sind, um die Sohleintiefung zu verlangsamen bzw. zu stoppen und die morphodynamischen Prozesse aufrechtzuerhalten. Die Anbindung weiterer Mäander sowohl auf der tschechischen als auch auf der österreichischen Seite ist jedenfalls geplant bzw. bereits in Umsetzung.

Danksagung

Das EU-Projekt SEDECO (ATCZ28) wurde im Rahmen des Interreg VA AT-CZ Programms kofinanziert. Weiters wurde das Projekt vom Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Regionen und Wasserwirtschaft, dem Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie Mobilität, Innovation und Technologie, dem Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Forschung, dem Bundesministerium für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort, der Stadt Wien und dem Amt der Niederösterreichischen Landesregierung unterstützt.
Unser Dank gilt unseren (strategischen) Projektpartnern für die gute und erfolgreiche Zusammenarbeit bei der Projektumsetzung.
Wir bedanken uns bei Herrn Schwingshandl vom Ingenieurbüro RIOCOM für die Bereitstellung von Vermessungsdaten aus den Jahren 1996 und 1997. Bei Wolfram Graf (BOKU/IHG) und Michael Schabus (Pro Fisch) möchten wir uns für die Bereitstellung der MZB- und Befischungsdaten, die im Rahmen des Projekts Dyje 2020/Thaya 2020 erhoben wurden, bedanken.
Weiters möchten wir uns bei allen Kolleg:innen bedanken, die uns bei den Arbeiten im Feld und bei den Auswertungen tatkräftig unterstützt haben.

Interessenkonflikt

M. Haimann, P. Holzapfel, M. Klösch, F. Steiner, K. Merl, E. Busch, M. Krapesch und H. Habersack geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.
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Hinweis des Verlags

Der Verlag bleibt in Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten und Institutsadressen neutral.
Literatur
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Metadaten
Titel
Morphologische und ökohydraulische Entwicklung von Renaturierungsmaßnahmen im Grenzabschnitt der Thaya
verfasst von
DI Marlene Haimann
DI Dr. Patrick Holzapfel
DI Dr. Mario Klösch
DI Franz Steiner
DI Kevin Merl
Erich Busch, B.Sc.
DI Michael Krapesch
Univ.-Prof. DI Dr. Helmut Habersack
Publikationsdatum
02.01.2023
Verlag
Springer Vienna
Erschienen in
Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft / Ausgabe 1-2/2023
Print ISSN: 0945-358X
Elektronische ISSN: 1613-7566
DOI
https://doi.org/10.1007/s00506-022-00919-9

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