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Lebende Inseln – Erprobung und Evaluation naturnaher schwimmender Vegetationsstrukturen

Leitung:Dr. Henning Günther, Prof. Dr. Eva Hacker
Bearbeitung:Dr. Henning Günther, M.Sc. Svenja Wolf geb. Lorenz
Laufzeit:April 2015 - Mai 2017
Förderung durch:Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)


Projektbeschreibung

Ziel des Projektes war die Erprobung und Weiterentwicklung einer Technik zur künstlichen Initiierung von naturnahen, schwimmenden Vegetationsstrukturen auf Gewässern. Dazu wurden auf dem Schollener See (LK Stendal in Sachsen-Anhalt) Varianten der ingenieurbiologischen Bauweise "Schilfrohrgabione" erprobt. An drei unterschiedlichen Standorten wurde dafür der Einfluss der Wellenbewegung auf eine erfolgreiche Etablierung erfasst und bewertet und die jeweils optimale Bauweise identifiziert und weiterentwickelt. Die Untersuchungen auf dem Schollener See boten zudem die Möglichkeit, diese künstlichen, naturnahen schwimmenden Vegetationsstrukturen mit den auf dem See vorkommenden natürlichen schwimmenden Röhrichtgesellschaften zu vergleichen.

Hierdurch wurde eine Grundlage geschaffen, um naturnahe schwimmende Vegetationsstrukturen auf anthropogen veränderten und künstlichen Gewässern erfolgreich zu entwickeln. Aufgrund der Bauweise aus ausschließlich organischen und standortgerechten Materialien besitzen diese hohe Potenziale, um die Umweltqualitätsziele wie z.B. die Gewässerhydromorphologie sowie die Wasserqualität dieser Gewässer gemäß der Wasserrahmenrichtlinie zu erreichen.


Schollener See und schwimmende Inseln

Der Schollener See ist ein ca. 240 ha großer Flachwassersee in der unteren Havelniederung mit verschiedenen Verlandungs-Gesellschaften aus Schilf-Röhrichten, Weiden- und Erlengebüschen sowie einer reichen Avifauna. Die offene Wasserfläche beträgt ca. 95 ha, die Verlandungszone einschließlich der ausgedehnten Schwingröhrichte nimmt ungefähr 60% der Gesamtseefläche ein. Die durchschnittliche Wassertiefe beträgt ca. 1m, der bis zum mineralischen Untergrund eine bis zu 11 m mächtige Sedimentauflage folgt. Der See ist über den Seegraben mit der Havel verbunden, so dass der Wasserstand im See von deren Hochwasserabflüssen beeinflusst wird. Bei Niedrigwasser gewährleistet ein Stauwehr am Seeauslauf einen Mindestwasserstand im See. Der See und die angrenzenden Acker- und Niedermoorwiesen sind als NSG ausgewiesen und liegen im EU SPA „Untere Havel/Sachsen-Anhalt und Schollener See“ sowie dem FFH Gebiet „Untere Havel und Schollener See“.

Die breiten Verlandungsgürtel bestehen zu großen Teilen aus Schwingröhrichtdecken. Im Sommer 2013 löste sich während eines Hochwassers ein ca. 7 ha großes Teilstück im süd-westlichen Teil des Sees und trieb bis an den südöstlichen Seeauslauf.

Die Schwingröhrichtdecken entwickeln sich i.d.R. aus lebenden und abgestorbenen Pflanzenteilen der Röhrichtarten zu einem bewachsenen organischen Körper. Die Röhrichtarten besitzen ein ausgeprägtes Luftleitgewebe, über das sie ihre unter Wasser liegenden Organe mit Luftsauerstoff versorgen. Durch diese mit bis zur Hälfte ihres Volumens Luft gefüllten Organe erhalten die Pflanzenbestände und ihre miteinander verflochtenen Wurzeln und Rhizomschichten ihren Auftrieb. Die Röhrichte sind durch eine hohe Produktivität gekennzeichnet, so dass sie schnell an Dicke zunehmen.

Mit zunehmendem Alter der Matten nimmt auch der Anteil abgestorbener, organischer Substanz zu. Diese ehemaligen lebenden Pflanzenteile werden innerhalb der Matte im wassergesättigten Bereich als Torf angelegt. Das während der anaeroben Abbauprozesse produzierte Sumpfgas ist als Hauptauftriebsfaktor der Torfkörper identifiziert worden. Das Gas verfängt sich in kleinen Bläschen, die durch die Wasserspannung im Poren- und Haftwasser innerhalb der Torf-Wurzel-Matrix gehalten werden. Die durchschnittliche Gasmenge wird mit bis zu 10 Volumenprozent angegeben, sodass ein ca. 50 cm dicker Typha-Mattenkörper ca. 40,2 l Gasvolumen bzw. ca. 40 kg Auftrieb je m² besitzt.

Auf dem Schollener See ist durch Bläschenbildung an der Wasseroberfläche aus dem Sediment austretendes Sumpfgas zu beobachten.


Versuchsaufbau und Durchführung

Die Eigenschaften schwimmender Vegetationsbestände und der beteiligten Pflanzen wurden als Grundlage für die Entwicklung schwimmender Vegetationsbestände nach natürlichem Vorbild herangezogen. Die Schilfrohrgabione wurde als organischer Körper aus trockenen Schilfrohrhalmen hergestellt, der durch ein Drahtgitter zusammengehalten und mit den am Schollener See auftretenden und gewonnenen Röhrichtarten bepflanzt. Die Entwicklung der Röhrichtvegetation auf den schwimmenden organischen Körpern wurde während der Vegetationsperioden 2015 und 2016 qualitativ und quantitativ erfasst. Gleichzeitig wurde der Einfluss der Wellen an den unterschiedlich exponierten Standorten auf die Gabionen untersucht. Dazu wurden die Wellen an den Standorten gemessen und ihr Einfluss auf die bepflanzten Schilfrohrgabionen dokumentiert. Vergleichende Untersuchungen an den bestehenden schwimmenden Röhrichtstrukturen ermöglichten Aussagen zum Entwicklungsstand und zur Übertragbarkeit der künstlichen schwimmenden Strukturen auf andere Gewässer.

Das Projekt wurde von einem Studienprojekt mit acht teilnehmenden Studierenden im Sommersemester 2015 begleitet. In der Woche vom 18. bis 21. Mai 2015 wurden 24 Schilfrohrgabionen mit Unterstützung der Biosphärenreservatsverwaltung Mittelelbe hergestellt, auf dem See ausgebracht und an drei Standorten auf dem See verankert.

Fotos aus dem Studienprojekt


Erste Ergebnisse


Einfluss der Gewässerdynamik auf die Entwicklung und Entstehung von schwimmenden Inseln auf dem Schollener See

Die natürlichen schwimmenden Inseln auf dem Schollener See wurden durch die Wasserstand-Dynamik des Sees und der Havel hervorgerufen, weil der See über den „Seestrang“ direkt mit der Havel in Verbindung steht. Niedrigwasser der Havel führte daher in der Vergangenheit zu einem fallenden Seewasserspiegel. Aufgrund der geringen Wassertiefe des Schollener Sees von durchschnittlich 70 cm sind dabei Teile des Sees trocken gefallen. Die dabei auftretenden unbewachsenen Schlammbänke konnten u.a. von Röhrichtarten besiedelt werden. Mit steigendendem Wasserstand sind diese Röhrichtbestände aufgeschwommen, weil sie sich aufgrund des Auftriebes ihrer lufterfüllten Wurzeln und Rhizome von dem weichen Untergrund des Sees lösen konnten.
 
Die Schwankungen, insbesondere die Niedrigwasserphasen, haben mit dem Ausbau und der Abflussregulierung der Havel in die Elbe ab 1936 stark abgenommen. Der Seewasserspiegel wird zudem seit dieser Zeit durch ein Stauwehr reguliert, um ein Trockenfallen des Sees während Niedrigwasserphasen zu verhindern. Mit dem Ende dieser Wasserstand-Schwankungen endete auch diese Entstehungsweise neuer Inseln/ schwimmender Röhrichte, weil sich keine offenen Schlammbänke mehr bilden konnten.

Die Vegetationsgesellschaften der bestehenden Inseln haben sich seitdem zu schwimmenden Weidengebüschen und Erlenbruchwäldern entwickelt. Diese schwimmen und ändern insbesondere während der Hochwasserereignisse, zuletzt 2013, in Teilen ihre Position.


Abb.1: Röhrichtinseln mit Erlen auf dem Schollener See (03/15) 
Abb.2: Kante eines schwimmenden Erlenwaldes (06/16)

Abb. 3: Monatsmittelwerte der gemessenen Wasserstände am Pegel Havelberg. Mit der Errichtung der Wehre und der Abtrennung der Havel von der Elbe ab 1936 ist eine deutliche Abnahme der Wasserstand-Dynamik zu erkennen (grau: Monatsmittelwerte gemessen; rot: Trendlinie). (Daten: Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV), bereitgestellt durch die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG))

Abb. 4: Vergleich der maximalen Wasserstände (Monatsmittelwerte) zwischen dem Pegel Garz/ Havel und dem Seegraben/ Schollener See (R²= 0,85). Die Niedrigwasserstände zeigen dagegen eine geringere Korrelation (R²= 0,58), weil der Abfluss aus dem See in die Havel während dieser Ereignisse durch ein Stauwehr reguliert wird. (Daten Havel: Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV), bereitgestellt durch die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG); Seewasserstände - Biosphärenreservat Mittelelbe)


Einfluss von Wind und Wellen auf die Entwicklungsprozesse schwimmender Inseln

Schwimmende Röhrichte schwimmen mit dem überwiegenden Teil des Torfkörpers sowie ihrer unterirdischen Pflanzenteile ohne Kontakt zum Seegrund unterhalb des Wasserspiegels. Sie weisen damit wassergesättigte und anaerobe Bedingungen kurz unter ihrer Oberfläche auf, so dass die Torfkörper locker und mit einem elastischen Fasernetz angelegt werden. Diese werden als Grundvoraussetzung für die Akrotelm-Oszillation und die Schwimmfähigkeit von Schwingdecken angesehen. Durch Oxidation, z.B. wenn sauerstoffreiches Wasser durch Wellenbewegung in den Rand des Torfkörpers eingetragen wird, verändern sich diese Eigenschaften des Torfes irreversibel (vgl. moorhydrologische Hauptsätze, Succow & Joosten 2001).

Der Schollener See ist ein polytropher, ungeschichteter Flachwassersee mit Wassertiefen zwischen 50 cm bis zu ca. 2,2 m. Diese geringe Wassertiefe führt zu einem fetchbegrenzten Seegang mit Wellenhöhen zwischen 6 und 12 cm und einer Periode zwischen 1 und 1,25 s (Daten von 08-09/ 2015). Eine signifikante Wellenbewegung tritt erst ab Windgeschwindigkeiten von 1 m/s auf (Voigt 2016). Die größte Windstreichfläche verläuft mit 1,3 km vom nord-westlichen zum östlichen Seeufer.

Die drei Versuchsstandorte auf dem See unterscheiden sich durch verschiedene Windstreichflächen und variierende Wassertiefen zwischen ca. 60 cm und 2 m. Die Gabionen schwimmen seit der Vegetationsperiode 2016 nahezu eingetaucht auf dem See. Einflüsse der Wellenbewegung auf den Sauerstoffgehalt im Inneren der Gabionen konnten nicht festgestellt werden. Unabhängig des Standortes liegt der Sauerstoffgehalt zwischen 0,1 und 0,2 g/ ml. Der Gehalt nimmt mit der Aufbaustärke der Gabionen ab und wird daher in erster Linie durch die Menge der in den Gabionen eingesetzten organischen Substanz und der damit verbundenen Sauerstoffzehrung bestimmt. Damit ermöglicht die Gabione die notwendigen Grundvoraussetzungen für anaerobe Standortbedingungen im Inneren der Gabionen und damit die Torfbildung und -erhaltung.

 


Abb. 5: Windstreichlänge an den drei Versuchsstandorten
auf dem Schollener See.

  

Abb. 6: gelöster Sauerstoff (mg/l) im Inneren der Gabionen   
Abb. 7: Messung des gelösten Sauerstoffgehaltes
.

Besiedlung „lebender Inseln“

Der Schollener See war in der Vergangenheit als typischer „Hechtschleisee“ bekannt. Der Fischereiertrag bestand zu 55 Prozent aus Hechten, 22 Prozent aus Bleien, 8 Prozent aus Schleien, 0,2 Prozent aus Aalen und 21 Prozent anderen Fischarten wie Plötze, Rotfeder, Güster, Barsch, Karausche (MLU 2014). Der relativ hohe Hechtertrag wird den ausgeprägten submersen Vegetationsbeständen und den mit für Hechte günstigen Laichbedingungen sowie mit dem freien Zugang von der Havel über den Seegraben erklärt (MLU 2014). 1993 waren noch 15 Fischarten im See vertreten, darunter sämtliche Leit- und Begleitfischarten des Hechtschleisees. Heute werden vornehmlich Bleie, Plötzen, Aale, Hechte und Barsche gefangen. Bei einer Befischung durch das Institut für Binnenfischerei Potsdam-Sacrow wurde folgende Arten ermittelt: Plötze, Rotfeder, Giebel, Barsch, Kaulbarsch (häufig), Karausche (verbreitet), Hecht, Moderlieschen, Schleie, Blei, Karpfen, Dreistachliger Stichling (selten) (MLU 2014). Der Rückgang des Fischartenbestandes wird durch die Unterbrechung des Zuganges durch das Wehr im Seegraben erklärt. Der See neigt im Winter aufgrund der hohen Schlammauflage auf dem Gewässergrund unter Eisdeckung zum Aussticken, wurde aber vor der Errichtung des Wehres im Frühjahr schnell aus der Havel wieder besiedelt.

Die „lebenden Inseln“ bieten als naturnahes schwimmendes Röhricht mit natürlichen Röhrichtbeständen vergleichbare Habitatstrukturen. Während der Untersuchungen wurden auf den Inseln bereits verschiedene Artengruppen beobachtet, u.a. waren in den Zwischenfeldern zahlreiche Jungfische zu beobachten. Bei gutem Wiederbesiedlungs-Potenzial erscheinen die „lebenden Inseln“ daher für die Wiederherstellung von Habitaten an anthropogen veränderten Fließgewässern geeignet zu sein.


Abb. 8: Jungfische in den Zwischenräumen der Gabionen
Abb. 9: Graureiher nutzt die Gabionen als Ansitz


Abb. 10: Ringelnatter auf den Gabionen (Bild: A. Wernicke)

Die Eignung „lebender Inseln“ als Methode zur ökologischen Gewässerentwicklung nach dem Strahlwirkungsprinzip

„Lebende Inseln“ sind anders als ihre natürlichen Vorbilder nicht auf eine natürliche Wasserstanddynamik angewiesen, um eine schwimmende Röhrichtentwicklung einzuleiten. Der organische Körper schwimmt aufgrund der Eigenschaften der Schilfrohrhalme an der Wasseroberfläche und bietet der Vegetation Zeit zur Entwicklung. Dieser Auftrieb hält für die Dauer von bis zu 15 Monaten und ersetzt damit die natürlichen Niedrigwasserphasen. Die Pflanzen beginnen den Körper mit ihren lufterfüllten Wurzeln und Rhizomen zu durchwachsen und im anaeroben Bereich anzulegen. Dieser Vorgang ist mit dem Prinzip von „Durchdringungstorf“ vergleichbar.

Durch die Bauweise und Auswahl von Vegetation stellen sich Standortbedingungen ein, die mit denen natürlicher Vorbilder vergleichbar sind und die die Voraussetzungen für eine langfristige Etablierung schaffen. Auf diese Weise können Röhrichtbestände in Bereichen entwickelt werden und zur Strukturverbesserung beitragen, an denen sich keine Vegetationsstrukturen entwickeln können. Die Anordnung und Identifizierung von Standorten nach dem Strahlwirkungsprinzip ermöglicht die Wiederherstellung der ökologischen Durchgängigkeit von Gewässern.


Abb. 11: Staugeregelte Spree in Berlin mit Ufermauern
Abb. 12: Staugeregelte Spree in Berlin mit Ansätzen eines über die Ufersicherung ins Wasser reichenden Bestandes aus Phalaris arundinacea (Rohrglanzgras).


Abb.13: Strahlwirkungsprinzip mit Hilfe von Strahlursprüngen und Trittsteinen zur Wiederherstellung der ökologischen Durchgängigkeit (Günther et al. (2016) verändert nach DLR 2008).

 

Projektpartner

Biosphärenreservat Mittelelbe, Außenstelle „Untere Havel”
Ortsteil Ferchels, Nr. 23 14175 Schollene

Plan T - Planungsgruppe Landschaft und Umwelt
Wichernstraße 1b 01445 Radebeul

Publikationen

Günther, Henning (2014): Vegetation und textile Trägermaterialien in der Vegetationstechnik begrünter Fassaden.

In: fbb Jahrbuch für Bauwerksbegrünung 2014, 66-70.

Günther, Henning (2014): Stillgewässerrenaturierung mit schwimmenden Vegetationsstrukturen.

In: Neue Landschaft 59 (11): 44-50.

Günther, Henning (2014): Schwimmende Inseln auf urbanen Gewässern.

In: Stadt + Grün 63 (7): 60-61.

Günther, Henning (2014): Lebende Inseln. Die Entwicklung einer ingenieurbiologischen Bauweise.

In: Mitteilungsblätter der Gesellschaft für Ingenieurbiologie 41, 2-24.

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