Grundlagen Naturmanagement 1

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1 MODULGUIDE Grundlagen Naturmanagement 1 Semest er 2 M odulleitung Dieg o Tonoll a Dozierend e Rob ert Bänzi ge r Sven Ma ur er M itarbeitend e Chr ista Gufler Letz t e Ak tuali sierung No vem ber ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften Institut Umwelt und Natürliche Ressourcen Grüental, CH-8820 Wädenswil Telefon www. zh a w.ch/lsfm www. zh a w.ch/iunr

2 I N H A L T S V E R Z E I C H N I S M - 1. Überblick über das Modul... 1 M - 2. Modulziele... 3 M - 3. Modulinhalte... 4 M - 4. Lernen im Modul... 6 M - 5. Pflichtlektüre, empfohlene und weiterführende Literatur... 7 M - 6. Leistungsnachweis... 7 M - 7. Semesterprogramm... 8

3 M - 1. Ü B E R B L I C K Ü B E R D A S M O D U L M F O R M A L E B E S C H R E I B U N G Code n.ba.ui.glnama1 Modul Grundlagen Naturmanagement 1 Status Wahlpflichtmodul ECTS-Credits 3 Semester 2 M A B S T R A C T Im Modul Grundlagen Naturmanagement 1 findet eine Einführung in grundlegende physikalisch-hydrologische sowie ingenieurbiologische Themen statt. Das Modul behandelt folgende Themenschwerpunkte: Ingenieurbiologie Physik, Hydrologie & Fliessgewässerkunde Ingenieurbiologie ist die Bautechnik, welche Pflanzen als Baumaterial verwendet. Mit ingenieurbiologischen Baumassnahmen werden Alternativen zu einem Hartverbau, beispielsweise mit Beton, aufgezeigt. Angewandt wird sie insbesondere in der Böschungsstabilisierung, sowie im naturnahen Wasser- und Erdbau. Damit nimmt die Ingenieurbiologie im Bereich des Naturmanagements eine wichtige Stellung ein. Im Rahmen des ingenieurbiologischen Teils des Moduls werden die bodenmechanischen Grundlagen, die wichtigsten ingenieurbiologischen Sicherungsmassnahmen sowie deren Einsatzmöglichkeiten vorgestellt. Der Einsatz von ingenieurbiologischen Massnahmen im Wasserbau erfordert ein umfassendes Verständnis über die hydrologischen Prozesse eines Gewässers. Diese Kenntnisse behandelt der physikalisch-hydrologische Teil des Moduls und thematisiert in diesem Zusammenhang physikalische Grundlagen, Strömungslehre, hydrologische Messtechniken, hydrologische und wasserbauliche Berechnungs- und Schätzverfahren für Abflussmengen in Fliessgewässern und im Grundwasser. Weiter wird auf Fliessgeschwindigkeiten und Wasserstandberechnungen eingegangen. Geschiebetransport, Schwemmholzproblematik und Flussmorphologie sind weitere Faktoren, welche auf die Hydrologie einen grossen Einfluss haben und sind ebenfalls Teil des Moduls. Das Wissen wird in Vorlesungen vermittelt und mit Übungen sowie einer in Kleingruppen durchgeführten Feldübung weiter vertieft. M G E N E R E L L E Z I E L E Die Studierenden sind in der Lage: die im Kurs behandelten physikalisch-hydrologischen Prozesse eines Gewässer zu erläutern sowie deren Berechnungsmethoden anzuwenden. die im Kurs behandelten ingenieurbiologischen Massnahmen aufzuzeigen und deren Anwendungsgrenzen zu diskutieren. 1

4 M L E I S T U N G S N A C H W E I S Die schriftliche Prüfung findet in der abgesetzten Prüfungssession statt und wird mit einer Note abgeschlossen. Um an die Prüfung antreten zu können ist das Absolvieren der Feldübung obligatorisch. M A U F B A U D E S M O D U L S Das Modul umfasst 14 Wochen. Während dieser Zeit sind für das Modul drei Lektionen pro Woche reserviert. Die Studierenden sollen circa vier Stunden pro Woche zusätzlich für das Selbststudium und die Feldübung Abflussmessung einplanen. Abbildung 1: Modulübersicht Grundlagen Naturmanagement 1. Blau: Themenschwerpunkt Physik, Hydrologie & Fliessgewässerkunde. Rot: Themenschwerpunkt Ingenieurbiologie. Änderungen sind vorbehalten. M Z U G A N G S V O R A U S S E T Z U N G EN Die Studierenden haben Interesse, die Grundlagen der physikalisch-hydrologischen Begebenheiten in Gewässern und deren Auswirkungen auf ingenieurbiologische Bauweisen zu verstehen. Die Inhalte des Moduls bauen auf den folgenden Kompetenzen und Inhalten auf. Die Studierenden lernten im Modul Naturwissenschaften 1 (Mathematik für Umweltingenieure): die grundlegenden mathematischen Symbole, Begriffe und deren Bedeutung zu erläutern. mathematische Gesetze anzuwenden und Gleichungen zu lösen. Formeln und/oder Diagramme zu interpretieren. Die Studierenden lernten im Modul Erdwissenschaften: die Grundlagen der Geologie und Bodenkunde zu erläutern. M E V A L U A T I O N D E S M O D U L S Das Modul wird durch die Studierenden eine Woche vor Kursende über das Modul-Moodle evaluiert. Die Ergebnisse der Evaluation werden mit den Studierenden am letzten Kurstag im Plenum besprochen. Die Anregungen werden mit den Dozierenden diskutiert und fliessen in zukünftige Kurse ein. 2

5 M - 2. M O D U L Z I E L E M K O M P E T E N Z E N U N D L E A R N I N G O U T C O M E S Fach- kompetenzen Die Studierenden können die im Kurs behandelten physikalisch-hydrologische Fachbegriffe erläutern und deren Berechnungsmethoden anwenden. können die örtliche und zeitliche Verteilung der Wasserflüsse aufzeigen (Wasserkreisläufe). können die wichtigsten Abflussmessmethoden erläutern. Können die verschiedenen Feststoffe in Fliessgewässern beschreiben. können die verschiedenen morphologischen Fliessgewässerformen ermitteln. können die verschiedenen Möglichkeiten im Umgang mit Hochwasserrisiken diskutieren. können die Einsatzbereiche der Ingenieurbiologie aufzeigen. können die Ziele der Ingenieurbiologie sowie die Wirkungsweisen ingenieurbiologischer Massnahmen erläutern. können die Fähigkeiten des Baustoffs Pflanze aufzählen und diese projektbezogen anwenden. können die gängigen ingenieurbiologischen Bautypen beschreiben und deren Anwendungsmöglichkeiten aufzählen. Methoden- kompetenzen Die Studierenden können die Zusammenhänge von verwandten physikalisch-hydrologischen Grössen beschreiben und diese bei konkreten Problemstellungen anwenden. können Bilanzierungen in Gewässersystemen vornehmen und mit verschiedenen Methoden Abflüsse berechnen. können eine Abflussmessung (Salzverdünnungsmethode) durchführen und auswerten. können die Einsatzmöglichkeiten und Grenzen ingenieurbiologischer Methoden diskutieren. Sozial- und Selbstkompetenzen Die Studierenden können die eigenen Wissenslücken bezüglich des behandelten Stoffes erkennen, diese artikulieren und darauf aufbauend Lösungen zu deren Schliessung erörtern und gegebenenfalls ihre Lernstrategien anpassen. 3

6 M - 3. M O D U L I N H A L T E M T H E M A T I S C H E E I N F Ü H R U N G I N D A S M O D U L Um Hochwasserereignissen und Schäden durch Naturgefahren vorzubeugen, muss man diese in einem ersten Schritt verstehen. In diesem Modul lernen Sie die dafür notwendigen physikalisch-hydrologischen Grundlagen sowie naturnahe Baumethoden zur Stabilisierung von Böschungen und Ufer. M I N H A L T L I C H E S C H W E R P U N K T E Themenschwerpunkt Physik, Hydrologie & Fliessgewässerkunde Physikalische Grundlagen Strömungslehre Wasserkreislauf Abfluss (inkl. Feldübung) Feststoffe Flussmorphologie Hochwasserschutzmassnahmen Themenschwerpunkt Ingenieurbiologie Fähigkeiten des Baustoffs Pflanze Ingenieurbiologische Bauweisen und deren Einsatzgebiet M B E Z U G Z U R N A C H H A L T I G E N E N T W I C K L U N G Kenntnisse der physikalisch-hydrologischen und ingenieurbiologischen Grundlagen ermöglichen es, nachhaltige Lösungen im Wasserbau zu finden. Der Schutz von Bevölkerung, Naturwerten und Wirtschaftsinteressen sind bestenfalls gleichwertig zu gewichten und schliessen sich meistens gegenseitig nicht aus. Das Modul Grundlagen Naturmanagement 1 deckt neben den ökologischen, gesellschaftlichen und wirtschaftlichen auch räumliche, zeitliche, ethische und transformale Dimensionen der Nachhaltigkeit ab (Abbildung 2, Tabelle 1). 4

7 Transformation zeitliche Dimension Ethische Grundlagen ökologische Dimension gesellschaftliche Dimension räumliche Dimension wirtschaftliche Dimension Abbildung 2: Nachhaltigkeitsspider des Moduls Grundlagen Naturmanagement 1. Tabelle 1: Dimensionen der Nachhaltigkeit im Modul Grundlagen Naturmanagement 1. Aspekt Themen Ethische Grundlagen Verantwortung der Gesellschaft gegenüber ökologischen Prozessen. Gewässernutzungskonflikte. Ökologische Dimension Aufwertung der ökologischen Qualität von Gewässern und/oder Böschungen durch den Baustoff Pflanze als Alternative zu harten Verbauungen. Beispielsweise ist die Hydrologie lebensraumbestimmend für die Lebensgemeinschaften eines Gewässers. Gesellschaftliche Dimension Wirtschaftliche Dimension Räumliche Dimension Gewässernutzungskonflikte: Gewässerschutz vs. Hochwasserschutz, etc. Revitalisierung und Gewässerbau sind sehr teuer: Ingenieurbiologie als mögliche wirtschaftlich attraktive Alternative. Gewässer in Raum und Zeit: Alle Gewässer tangieren diverse Räume (Vernetzung). Zeitliche Dimension Gewässer in Raum und Zeit: System- und Prozessdenken werden benötigt, historische Aspekte sind wichtig in Gewässerfragen (Korrekturen, Hochwasser, Vergleichsgrösse, etc.). Transformation Veränderungen im Ökosystemen: Sukzession, anthropogene Einflüsse, wie wirken sich die Veränderungen der Umwelt auf die Physik und die Hydrologie eines Gewässers aus? 5

8 M - 4. L E R N E N I M M O D U L M D I D A K T I S C H E G R U N D S Ä T ZE Der Stoff wird fachsystematisch, praxisbezogen und problemorientiert vermittelt. Der im Modul unterrichtete Stoff wird mittels Beispielen vertieft und exemplarisch veranschaulicht. Mit Hilfe von Fallbeispielen aus dem Berufsleben sowie der Feldübung wird das erworbene Wissen mit der Praxis verwoben. Für das Schliessen von eventuell vorhandenen Wissenslücken gilt das Prinzip des selbstgesteuerten Lernens: die Studierenden sind angehalten, die Lücken eigenständig zu erkennen und mittels Selbststudium zu schliessen. Die Modulleitung steht dabei beratend zur Verfügung. M L E R N A R R A N G E M E N T S Das Wissen wird in den Vorlesungen vermittelt und in Form von Anwendungsbeispielen weiter vertieft. Bei der Feldübung lernen die Studierenden den Abfluss eines Fliessgewässers mittels Salzverdünnungsmethode zu ermitteln. Die Feldübung wird in Kleingruppen absolviert und anschliessend im Plenum besprochen. Das Modul wird durch die E-Learning-Plattform Moodle unterstützt. Dieses ist ein zentrales Kommunikationsmittel im Modul. Es wird erwartet, dass sich die Studierenden regelmässig auf der E-Learning- Plattform orientieren. M A R T D E R D O K U M E N T A T I O N Die Unterlagen des Moduls werden auf der E-Learning-Plattform Moodle zum Download bereitgestellt. Die Skripte werden zu Kursbeginn in gedruckter Form abgegeben. Die Präsentationen können bei Bedarf selbst gedruckt werden. Es wird von den Studierenden erwartet, dass sie sich während den Vorlesungen und der Feldübung eigene Notizen machen. 6

9 M - 5. P F L I C H T L E K T Ü R E, E M P F O H L E N E U N D W E I T E R F Ü H R E N D E L I T E R A T U R M P F L I C H T L E K T Ü R E Die zur Verfügung gestellten Skripte werden als Pflichtlektüre angesehen. M V E R W E N D E T E U N D W E I T E R F Ü H R E N D E L I T E R A T U R BAFU (2010). Ingenieurbiologische Bauweisen im naturnahen Wasserbau Praxishilfe. Bern. Florineth, F. (2004). Pflanzen statt Beton. Patzer. Berlin-Hannover. Vischer, D., Huber, A. (2002). Wasserbau - Hydrologische Grundlagen, Elemente des Wasserbaus, Nutzund Schutzbauten an Binnengewässern. Springer. Berlin. Zeh, H. (2007). Ingenieurbiologie Handbuch Bautypen. VDF Hochschulverlag. Zürich. M - 6. L E I S T U N G S N A C H W E I S M Q U A L I F I K A T I O N S S C H R I T T E Der Inhalt des Moduls wird mittels einer schriftlichen Prüfung abgefragt. Der Prüfungsstoff umfasst den gesamten Inhalt des Moduls (Vorlesungen, Anwendungsbeispiele, Feldübung, Diskussionen, etc.). Die an der Prüfung zulässigen Hilfsmittel und Unterlagen werden im Unterricht kommuniziert. Um an die Prüfung antreten zu können, ist das Absolvieren der Feldübung obligatorisch. Die Qualität der Prüfung wird in einer Note ausgedrückt. Die Feldübung Abflussmessung wird mit bestanden/nicht bestanden abgeschlossen. Die Verinnerlichung der Lernziele sowie das Lösen der Repetitionsfragen (Themenschwerpunkt Physik, Hydrologie & Fliessgewässerkunde) und der Musterprüfungen (beide Themenschwerpunkte) wird für die Prüfungsvorbereitung wärmstens empfohlen. M R A H M E N B E D I N G U N G E N Es gilt das jeweils aktuelle Prüfungsreglement der ZHAW. 7

10 Kalenderwoche Semesterwoche Datum M - 7. S E M E S T E R P R O G R A M M Das abgebildete Programm ist provisorisch (Abbildung 3). Das definitive Programm wird zu Beginn der Veranstaltung abgegeben. Die Feldübung Abflussmessung erstreckt sich über den Zeitraum KW 8 bis KW 16. Die Studierenden wählen zu Modulbeginn ein für sie passendes Datum für die Durchführung der Feldübung Abflussmessung aus. Abbildung 3: Grobprogramm Modul Grundlagen Naturmanagement 1. Änderungen sind vorbehalten Inhalt Physik, Hydrologie & Fliessgewässerkunde Bemerkungen Einführung Modul Physikalische Grössen (bis Kapitel 1.5), Einführung Feldübung Abflussmessung Ingenieurbiologie Einführung, Grundlagen (Kapitel 1 + 2) Physik, Hydrologie & Fliessgewässerkunde Strömungen (bis Kapitel 2.3) Physik, Hydrologie & Fliessgewässerkunde Strömungen (bis Kapitel 2.5) Physik, Hydrologie & Fliessgewässerkunde Strömungen (bis Kapitel 2.9) Physik, Hydrologie & Fliessgewässerkunde Strömungen (bis Kapitel 3.1) Physik, Hydrologie & Fliessgewässerkunde Prüfungsinformation Wasserkreislauf und Hochwasser (bis Kapitel 4.2) Physik, Hydrologie & Fliessgewässerkunde Abfluss, Feststofftransport (bis Kapitel 5) Physik, Hydrologie & Fliessgewässerkunde Feststofftransport, Morphologie (bis Kapitel 6) Physik, Hydrologie & Fliessgewässerkunde Rückblick Feldübung Abflussmessung Flussmorphologie und Hochwasserschutz (Kapitel 6 & 7) Kulturtage Heidelberg Unterricht entfällt Physik, Hydrologie & Fliessgewässerkunde Flussmorphologie und Hochwasserschutz (Kapitel 6 & 7) Ingenieurbiologie Bautypen, Planung und Projektierung (Kapitel 3) Ingenieurbiologie Ingenieurbiologie Baumassnahmen, Ausführung (Kapitel 4) Bautypen, Ausführung, Unterhalt (Kapitel 5) Evaluation Modul 8