Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Stoffliche Eintr\u00e4ge in stehende oder flie\u00dfende Gew\u00e4ssersysteme sind nach wie vor einer der Hauptgr\u00fcnde f\u00fcr die Nichterreichung der gew\u00e4sser\u00f6kologischen Ziele der Wasserrahmenrichtlinie. Sowohl der rein partikul\u00e4re Eintrag, als auch der Eintrag mit anhaftenden Schadstoffen bilden dabei die Kernprobleme. Um sinnvolle Ma\u00dfnahmen zur Eintragsreduzierung umzusetzen, m\u00fcssen die Eintragspfade sichtbar gemacht und bilanziert werden, wie gro\u00df die Eintr\u00e4ge abschlie\u00dfend sind. Messungen durch bathymetrische Verfahren werden bisher, aufgrund hoher Kosten, nur in langen Abst\u00e4nden durchgef\u00fchrt. Dadurch werden Eintr\u00e4ge meist nicht erkannt und Ma\u00dfnahmen sind somit nicht auf die Ursachen optimiert abgestimmt. F\u00fcr die Lokalisierung m\u00f6glicher Eintragspfade ist es jedoch sinnvoll, regelm\u00e4\u00dfige Messungen der Gew\u00e4ssersohle durchzuf\u00fchren, um aus den Ablagerungsver\u00e4nderungen und -bereichen im Jahresverlauf auf Eintragsquellen zur\u00fcckzuschlie\u00dfen, Flie\u00dfpfade aus den seitlichen Fl\u00e4chen zu verifizieren und entsprechend sinnvolle Gegenma\u00dfnahmen zu treffen. F\u00fcr den Bereich der stehenden Gew\u00e4sser gilt es, im Vorhaben eine Methode zu entwickeln, die als Monitoringsystem und gleichzeitig als Entscheidungshilfe f\u00fcr gezielte Gegenma\u00dfnahmen dienen bzw. helfen soll, Sedimenteintr\u00e4ge proaktiv zu reduzieren. Mit den hiesigen Messmethoden sollen die partikul\u00e4ren Eintr\u00e4ge und Ablagerungsbereiche erfasst werden.
\nDie Erfassung und Aufzeichnung von Eintragspfaden ist mit Kosten verbunden und abh\u00e4ngig von der zur Verf\u00fcgung stehenden Messtechnik. Ist der Kostenaufwand zu hoch, werden schadhafte Ursachen f\u00fcr Gew\u00e4ssersysteme oftmals nicht konsequent genug vom zust\u00e4ndigen Gew\u00e4sserunterhalter untersucht bzw. wird der zeitliche Zusammenhang der Eintr\u00e4ge durch Einmalmessungen nicht erfasst. Vor allem f\u00fcr Kommunen ist der monet\u00e4re Aufwand nicht zu untersch\u00e4tzen. Lassen sich die Kosten f\u00fcr Messungen reduzieren, l\u00e4sst sich die Bereitschaft erh\u00f6hen. Bisher erfolgen Kontrollmessung in langfristigen Zeitabst\u00e4nden, so wie es das Budget der Unterhalter erm\u00f6glicht. Zielf\u00fchrend ist dies nicht, vor allem, wenn es sich um sehr eintragssensible Bereiche handelt. In diesen sollte regelm\u00e4\u00dfig die Verlandungstendenz \u00fcberpr\u00fcft werden. Dadurch ist eine genauere Zuordnung der Ursachen und Eintragspfade von Feinsedimenten m\u00f6glich.
\nDer Begriff Citizen Science stellt eine nicht zu untersch\u00e4tzende M\u00f6glichkeit dar, private Beobachtungen oder Messungen unterst\u00fctzend einzusetzen. Die Kooperation von Forschenden mit B\u00fcrgerinnen und B\u00fcrgern bietet viele Innovationspotenziale f\u00fcr die Wissenschaft und kann dazu beitragen, einen gr\u00f6\u00dferen Umfang wissenschaftlich validierter Daten zu erheben und zu nutzen. Ein Beispiel, welches einen direkten Bezug zum hiesigen Projekt aufweist, sind die verst\u00e4rkten Eins\u00e4tze von niederschwelligen Echolotsystemen wie sie im Zuge der Fischerei im Privat- und Hobbybereich eingesetzt werden. Es existieren zahlreiche Systeme unter diesen Fischfindern, die bei ausreichender Genauigkeit eine derartige Zusatzinformation darstellen k\u00f6nnen. Als Fischfinder werden die Echolote bezeichnet, die vornehmlich der Identifikation und Lokalisierung von Fischen dienen. Dar\u00fcber hinaus gibt ein integriertes Fischfinder-Echolot zudem Aufschluss \u00fcber Wassertiefe und Bodenbeschaffenheit oder zeigt Kanten und Senken sowie Erhebungen am Gew\u00e4ssergrund an. Die Ergebnisse der Messungen k\u00f6nnen in Tiefenkarten \u00f6ffentlich sichtbar gemacht werden, das hei\u00dft, es besteht eine Sichtbarkeit f\u00fcr alle. Es handelt sich somit um Daten, die durchaus eine unterst\u00fctzende Funktion f\u00fcr Gew\u00e4sserunterhalter mitbringen.
\nZiel dieses Projektes ist es, zu pr\u00fcfen, ob derartige Systeme grunds\u00e4tzlich nutzbar sind bzw. ob es Systeme unter den Fischfindern gibt, die zielgerichtet anwendbar sind und von denen Daten somit auch als Informations- und Entscheidungsquelle genutzt werden k\u00f6nnen. <\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Antragsteller planen im Praxistest an realen Gew\u00e4ssern eine Validierung von kosteng\u00fcnstigen Echolotsensoren, die in Fischfindersystemen verbaut sind. \u00dcber die Analyse der Messdaten sollen neue geeignete Messparameter abgeleitet werden, welche das Bodenprofil und damit den Sedimentierungsprozess am repr\u00e4sentativsten abbilden.
\nNeben der Sensoranwendung und -untersuchung werden nach der Auswertung der Ergebnisse die Ablagerungsbereiche in Zonen und Eintragsbereiche definiert. Es erfolgt die Erarbeitung einer Ma\u00dfnahmenmatrix mit Zuordnung der erfassten Eintragspunkte. Die Ma\u00dfnahmen umfassen sowohl organisatorische als auch bauliche \u00dcberlegungen. Damit wird erreicht, dass Ma\u00dfnahmen m\u00f6glichst effizient und nur im erforderlichen Ma\u00dfe umgesetzt werden, wodurch eine Kostenminimierung f\u00fcr den Unterhalter erreicht wird. Die Definition zielf\u00fchrender Ma\u00dfnahmen wird durch einen unterst\u00fctzenden GIS-Algorithmus erarbeitet (Gef\u00e4lleanalyse, Bodenbeschaffenheit, Erosivit\u00e4t, Vegetationsstrukturen, Abflussb\u00fcndelung, etc.). Mittels GIS basierter Flie\u00dfweganalyse und Bodenerosionskarten lassen sich Hot Spots in den Einzugsgebieten ableiten und die Eintragspfade absch\u00e4tzen. Mittels Echolotmessung w\u00e4re es m\u00f6glich, diese Eintragspfade dann punktuell im stehenden Gew\u00e4sser zu best\u00e4tigen. In einem gestuften Vorgehen wird ein Verfahren entwickelt, welches basierend auf einer Messtechnik potenzielle Eintr\u00e4ge von Sedimenten ins Gew\u00e4ssersystem registriert. Daraus werden die Ablagerungszonen visualisiert und mittels Berechnungstools plausibilisiert und darauf aufbauend effektive Ma\u00dfnahmen zur Reduzierung der Eintr\u00e4ge festgelegt.
\nDie Vorgehensweise erfolgt in mehreren Phasen, die mit Vertretern der Gew\u00e4sserunterhalter, Genehmigungsb\u00f6rden und Fachbeh\u00f6rden der Wasserwirtschaft und des Naturschutzes abgestimmt werden. Es erfolgt eine Anwendung von Messsensoren an stehenden Gew\u00e4ssern unterschiedlicher Fl\u00e4chenausdehnung und Tiefe. Aktuelle hochgenaue Bestandsvermessungen dienen zur Verifizierung und zeigen auf, ob die eingesetzte einfache Messtechnik belastbare Ergebnisse liefert, die aufgrund der geringeren Anschaffungs- und Betriebskosten einen regelm\u00e4\u00dfigeren Einsatz erlauben und damit eine gr\u00f6\u00dfere Datendichte und die Ereigniszusammenh\u00e4nge von Hochw\u00e4ssern und anderen Gr\u00fcnden f\u00fcr stoffliche Eintr\u00e4ge besser aufzeigen. Zum Einsatz kommen verschiedene Fischfinder-Echolot-Systeme aus dem Massenmarkt, die auch von privaten Nutzern eingesetzt werden und bei Anwendbarkeit somit ein Mehr an Datenverf\u00fcgbarkeit bieten. Nach der Datenauswertung werden die Sensoren bzgl. ihrer Einzelparameter untersucht und bewertet. Dabei sollen nicht nur die bereits vorverarbeiteten Sensordaten (Lage und Tiefe der Sohlpunkte), sondern auch die Rohdaten wie Laufzeitwerte miteinander verglichen und Mess- und Wiederholgenauigkeit ermittelt werden. \u00dcber die Analyse der Messdaten sollen neue geeignete Messparameter abgeleitet werden, welche das Bodenprofil und damit den Sedimentierungsprozess am repr\u00e4sentativsten abbilden. Die Anwendung erfolgt zun\u00e4chst an verifizierbaren Referenzgew\u00e4ssern und wird ausgeweitet auf weitere Testgew\u00e4sser. Durch die Messung an unterschiedlichen Gew\u00e4ssern mit unterschiedlichen Charakteristika k\u00f6nnen die eingesetzten Messsensoren bei unterschiedlichen Randbedingungen getestet und deren Einsatzgrenzen weiter bewertet und Messparameter weiter angepasst werden. An jedem Gew\u00e4sser wird die Phase der Messung, Auswertung und Anpassung durchlaufen. Nach Auswertung und Visualisierung der Sohlauff\u00e4lligkeiten werden die Einzugsgebiete hinsichtlich der pr\u00e4ferenziellen Flie\u00dfwege aus dem Vorland mittels GIS-Tools untersucht. Mit der Verschneidung von Bodenerosionskarten k\u00f6nnen die Quellen der Eintr\u00e4ge n\u00e4her eingegrenzt werden. In der n\u00e4chsten Stufe werden Ma\u00dfnahmen abgeleitet, die eine Bodenmobilisierung verhindern und somit als Ma\u00dfnahme, vorsorgend im Einzugsgebiet, umgesetzt werden k\u00f6nnen. Es erfolgt die Erarbeitung einer Ma\u00dfnahmenmatrix in Abh\u00e4ngigkeit der erfassten Eintragspunkte und Ursachen. Die erarbeiteten Ma\u00dfnahmen umfassen, nach Abstimmung mit dem Projektbeirat, sowohl organisatorische, nutzungsorientierte als auch bauliche \u00dcberlegungen. <\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Insgesamt wurden f\u00fcnf Gew\u00e4sser w\u00e4hrend der Projektlaufzeit vermessen. Der Goldbergsee und Froschgrundsee im Landkreis Coburg, der Baggersee Sch\u00f6nbrunn und Matth\u00e4us-Kraus-See im Landkreis Lichtenfels und ein ehemaliger Steinbruch im Landkreis Bayreuth. Ausschlie\u00dflich des ehemaligen Steinbruchs wurden diese Gew\u00e4sser anschlie\u00dfend jeweils mit f\u00fcnf unterschiedlichen Echolotsystemen vermessen und diese Daten mit einer Referenzmessung durch ein ADCP verglichen und ausgewertet. In der Abbildung 1 sind die jeweils ermittelten Fehler zur Referenzmessung dargestellt. Deutlich wird dabei, dass die angenommene maximale Abweichung durch die International Hydrographic Organzation (IHO) von 0,15 m zum Gro\u00dfteil unterschritten wird. Die erh\u00f6hten Abweichungen k\u00f6nnen vor allem durch starke Vegetation, schwankende Wasserspiegellagen oder, bei unebenen Gew\u00e4ssern, durch versetzte Lagekoordinaten erkl\u00e4rt werden. <\/p>\n
F\u00fcr bathymetrische Messungen wird empfohlen, vegetationsarme Perioden wie die fr\u00fchen Fr\u00fchlings- oder sp\u00e4ten Herbstmonate zu nutzen. Weiterhin sollten Gew\u00e4sser, welche eine Tiefe von etwa 10 m nicht \u00fcberschreiten mit einer h\u00f6heren Frequenz (ca. 200 kHz) vermessen werden. Dies hat den Vorteil, dass die Gew\u00e4ssersohle wesentlich detaillierter dargestellt werden kann, wie in Abbildung 2 verdeutlicht wird. Ist ein Gew\u00e4sser jedoch zu tief, wird die Reflektion eines hochfrequentierten Echos zu stark ged\u00e4mpft und kann somit nicht mehr oder nur noch zu schwach empfangen werden. <\/p>\n
Nachdem die Gew\u00e4sser vermessen und ausgewertet wurden, zeigten der Goldbergsee und vor allem der Froschgrundsee eine verst\u00e4rkte Verlandung auf. Hierzu wurden anschlie\u00dfend die Ein-zugsgebiete in QGis berechnet bzw. teilweise durch die L\u00e4nder (Bayern und Th\u00fcringen) zur Ver-f\u00fcgung gestellt, um die potentiellen Eintragsfl\u00e4chen eingrenzen zu k\u00f6nnen. Zus\u00e4tzlich existieren kostenfreie Tools, die eine Vielzahl an Informationen zur Verf\u00fcgung stellen. Besonders anwender-freundlich ist die sogenannte MoRE-DE Toolbox, welche sowohl bereits gerechnete Bodenab-trags- und Sedimenteintragskarten, als auch die Eingangsdaten direkt aufzeigt. Anschlie\u00dfend konnten Eintragspfade und Risikofl\u00e4chen herausgefiltert und Ma\u00dfnahmen zur Eind\u00e4mmung loka-lisiert werden. Ma\u00dfnahmen hierzu waren:
\n\u2022\t\u00c4nderung der Bearbeitungsrichtung parallel zu den H\u00f6henlinien auf Ackerfl\u00e4chen,
\n\u2022\tFlurneuordnung in Bereichen mit ung\u00fcnstiger Feldanordnung,
\n\u2022\tAbflussmindernde Strukturen in Hanglagen (Terrassierung, Agroforstwirtschaft oder Mul-den- und Dammstrukturen),
\n\u2022\tDezentrale R\u00fcckhaltesysteme in Gr\u00e4ben durch kleine Wehranlagen (vgl. Abbildung 3) oder Kaskadenbauten,
\n\u2022\tNaturnahe Ufersicherungen oder Verbreiterung der Gew\u00e4ssersohle und Abflachung von B\u00f6schungsbereichen (vgl. Abbildung 4). <\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
W\u00e4hrend des Projekts bestand ein st\u00e4ndiger Austausch zwischen den Projektbeteiligten der Hochschule Coburg und dem Wasserwirtschaftsamt Kronach. Dabei wurden sowohl Ergebnisse als auch Erfahrungen mit den Messsystemen und Auff\u00e4lligkeiten zum Einzugsgebiet der Hochwasser-schutzanlagen Goldbergsee und Froschgrundsee ausgetauscht. Abschlie\u00dfend wurden Ergebnisse und Ma\u00dfnahmen zum Goldbergsee und Froschgrundsee vor beteiligten des Wasserwirtschafts-amts Kronach, des Amts f\u00fcr Landwirtschaft und Forsten Coburg und des Th\u00fcringer Landesamts f\u00fcr Umwelt, Bergbau und Naturschutz vorgetragen und diskutiert.
\nWeiterhin fand im Bereich der Vermessung w\u00e4hrend der Projektlaufzeit ein regelm\u00e4\u00dfiger Aus-tausch mit dem Echolotzentrum Schlageter statt, um die Erfahrungswerte bei weiteren Optimierungen ber\u00fccksichtigen zu k\u00f6nnen.
\nZum Projektabschluss wurde eine Kompaktinfo entwickelt, welche Kommunen und gew\u00e4sserun-terhaltungspflichtigen k\u00fcnftig als Orientierungshilfe dienen soll. Dabei wird schrittweise aufgezeigt, wie bei einer Vermessung und Verlandung vorgegangen werden kann und welche Daten, Tools und Ma\u00dfnahmen genutzt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Durch das Forschungsprojekt wird aufgezeigt, dass eine bathymetrische Messung mit herk\u00f6mmli-chen Echoloten (Fischfindern) ausreichend genau ist, um eine m\u00f6gliche Verlandung absch\u00e4tzen zu k\u00f6nnen. Wichtig ist jedoch, dass die Gew\u00e4sser regelm\u00e4\u00dfig im Jahresturnus und zu vegetationsar-men Perioden vermessen werden. Dadurch wird die Einordnung von Abweichungen k\u00fcnftig einfa-cher. Durch diese kosteng\u00fcnstige Variante wird es vor allem Kommunen, St\u00e4dten und privaten Gew\u00e4sserunterhaltern erm\u00f6glicht ein Gew\u00e4sser regelm\u00e4\u00dfig zu vermessen, wobei auch der Begriff \u201ecitizen science\u201c k\u00fcnftig verst\u00e4rkt zum Einsatz kommen kann. Durch cloudbasierte Plattformen k\u00f6nnen Daten von Usern der Echolote genutzt und teilweise weiterverarbeitet werden.
\nDurch die regelm\u00e4\u00dfigen Vermessungen k\u00f6nnen somit verlandungsanf\u00e4llige Gew\u00e4sser lokalisiert und Ma\u00dfnahmen getroffen werden. Zur Lokalisierung von Eintragspotentialen existieren unterst\u00fct-zende Tools (z.B. MoRE-DE Toolbox). Diese erleichtern sowohl Arbeits- als auch Rechenaufwand und sind praktikabel anwendbar.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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