WASSERRÜCKHALT IN WALDEINZUGSGEBIETEN

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1 WASSERRÜCKHALT IN WALDEINZUGSGEBIETEN Prof. Dr. Dieter König, Jörn Schultheiß, M.Sc., Dr. Michael Tempel, Dr. Julian J. Zemke Abteilung Geographie am Campus Koblenz der Universität Koblenz-Landau

2 WASSERRÜCKHALT IN WALDEINZUGSGEBIETEN Einführung Untersuchungen im NLP Hunsrück-Hochwald Untersuchungen im Soonwald Synthese 2

3 EINFÜHRUNG: FRAGESTELLUNG Was erwarten wir im Hinblick auf den Wasserhaushalt von einem Wald? von einem Moor? von einem bewaldeten Hangmoorstandort in einem Nationalpark? starken Wasserrückhalt, d.h. eine hochwasserdämpfende Wirkung und einen ausreichenden Trockenwetterabfluss. Die tatsächlich Abflusssituation an vielen Standorten im Rheinischen Schiefergebirge stellt sich jedoch ganz anders dar: starker und schneller Abfluss unmittelbar nach Starkregen sehr geringer Trockenwetterabfluss 3

4 EINFÜHRUNG: ARBEITSSCHWERPUNKTE Arbeitsschwerpunkte der AG Physische Geographie in Koblenz: Aufnahme abflussfördernder Linearstrukturen (Wege, Rückgassen, Entwässerungsgräben) und Analyse ihrer Bedeutung für das Abflussgeschehen Untersuchung der Böden (u.a. im Hinblick auf ihre bodenhydrologischen Eigenschaften) Durchführung von Beregnungsversuchen, die es erlauben, die Reaktion des Systems auf Starkregen vorherzusagen Analyse der Abflussdynamik (und der wasser-gebundenen Stofftransporte) im Soonwald und im Nationalpark 4

5 EINFÜHRUNG: ZIELE Ziele der Untersuchungen Verständnis der hydrologischen Prozesse Wissenschaftliche Begleitung und Evaluierung von Renaturierungsmaßnahmen Beitrag zur Planung künftiger Renaturierungsmaßnahmen, z.b. : Grabenverschluss, Wegerückbau Veränderung der Abflussprozesse in die richtige Richtung : Verlangsamung des Abflusses Verminderung von Tiefenerosion Verbesserung des dezentralen Wasserrückhalts 5

6 EINFÜHRUNG: UNTERSUCHUNGSGEBIETE 6

7 UNTERSUCHUNGEN IM NATIONALPARK HUNSRÜCK-HOCHWALD Abflussdynamik eines durch Entwässerung geprägten Untersuchungsgebiets 7

8 Staunasse Hangmoore waren bis Anfang des 19. Jh. forstlich kaum nutzbar Ziel war daher: Erschließung des Gebiets für forstwirtschaftliche Nutzung Umwandlung von Weichholz-Niederwald in Fichtenbestände Ende der massiven Förderung der Entwässerung Kriegsbedingte Einstellung der Grabenanfertigung Großteil der Brücher trockengelegt Kriegsbedingte Einstellung der Grabenanfertigung Höhepunkt der Grabenanfertigung Ausdehnung Fichtenanbau Planung von 46 km Gräben Beginn der Entwässerung Französisch Preußisch Rheinland-Pfälzisch Entwurf und Bearbeitung: Jörn Schultheiß

9 HEUTIGES GRABENNETZ 9

10 ABFLUSSDYNAMIK UND WASSERRÜCKHALT Seit 2015 wird ein Teilgebiet des Nationalparks mit einem dichten Netz von Dauerpegeln und diskontinuierlichen Messstellen untersucht Bisherige Erhebungen lassen bereits Rückschlüsse auf hydrologische Prozesse im Untersuchungsgebiet zu Beispielhaft sollen drei verschiedene Messstellen verglichen werden: Pegel Tierchbruch 1 (Uni Koblenz) Pegel Tierchbruch 3 (Uni Koblenz) Pegel Abentheuer (LfU RLP / SGD Nord) Abentheuer (7 km S) 10

11 DETAILANSICHT DER TEILEINZUGSGEBIETE Entwurf und Bearbeitung: Julian Zemke Tierchbruch 3 Tierchbruch 1 Abentheuer 11

12 ABFLUSSDYNAMIK IM UNTERSUCHUNGSGEBIET Die Berechnung der Abflussspende (Division der gemessenen Abflusswerte durch die Einzugsgebietgröße) erlaubt es, verschiedene Einzugsgebiete zu vergleichen: Abflussspende-Hydrographen der drei genannten Pegel, kombiniert mit den Niederschlägen an der Wetterstation Hüttgeswasen des DLR RLP Entwurf und Bearbeitung: Julian Zemke 12

13 ABFLUSSDYNAMIK IM UNTERSUCHUNGSGEBIET Anhand der Pegeldaten lassen sich Muster der Abflussprozesse erkennen: (1) Hohe Abflussspende in staunassen Gebieten (Tierchbruch 3) (2) Stark korrelierende Hydrographen Entwurf und Bearbeitung: Julian Zemke 13

14 ABFLUSSDYNAMIK IM UNTERSUCHUNGSGEBIET Anhand der Pegeldaten lassen sich Muster der Abflussprozesse erkennen: (3) Schnelle Entleerung des Gebietsspeichers in Trockenphasen Selbst der Pegel Abentheuer fällt Anfang Juni fast vollständig trocken Bereits im März deutliche Speicherleerung bemerkbar Entwurf und Bearbeitung: Julian Zemke 14

15 ABFLUSSDYNAMIK IM UNTERSUCHUNGSGEBIET Anhand der Pegeldaten lassen sich Muster der Abflussprozesse erkennen: (4) Schnelles Ansprechen der Pegel bei Niederschlägen Die Pegel weisen ein schnelles An- und Abklingen der Abflüsse auf Insbesondere ist dies bei niederschlagsreichen Tagen der Fall ( ) Entwurf und Bearbeitung: Julian Zemke 15

16 SCHNELLE ENTWÄSSERUNG DER GEBIETE Anhand der zeitlich hoch aufgelösten (15 min) Pegeldaten zeigt sich: Entwurf und Bearbeitung: Julian Zemke Der Niederschlagsinput wird binnen weniger Stunden verarbeitet Eine nachhaltige Speicherfüllung ist nicht gegeben Degradierte Hangmoore haben aufgrund der Entwässerung ihre Funktion als dezentraler Wasserspeicher verloren 16

17 UNTERSUCHUNGEN IM SOONWALD 17

18 LAGE DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE 18

19 LAGE DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE IM EINZUGSGEBIET DER NAHE 19

20 ENTWÄSSERUNGSGRÄBEN IM SOONWALD 20

21 ENTWÄSSERUNGSGRÄBEN IM SOONWALD Bestandsgräben m Wegseitengräben m durchschnittliche Grabennetzdichte 107 lfdm/ha 21

22 ENTWÄSSERUNGSGRÄBEN IM SOONWALD Grabennetzdichte auf staunassen Flächen (75% der Fläche) 135 lfdm/ha 22

23 ENTWÄSSERUNGSGRÄBEN IM SOONWALD 23

24 ABFLUSSVERHALTEN AM BEISPIEL MODELLHANG HÖLZERKOPF Nd [mm/d] / / / / Abfluss auf Jahresbasis z.t. über 50% des Niederschlags hohe Variabilität der Abflüsse Q [l/s] Nd [mm/tag] Modellhangabfluss [l/s] 24

25 EINFLUSS DES GRABENNETZES Modellhang Hölzerkopf 25

26 EINFLUSS DER ENTWÄSSERUNGSGRÄBEN: FELDUNTERSUCHUNGEN Modellhang Hölzerkopf Modellhang Landwiesen 26

27 EINFLUSS DER ENTWÄSSERUNGSGRÄBEN: (ERSTE) ERGEBNISSE Abflussgang vor Grabenrückbau am Modellhang Landwiesen Abflussgang nach Grabenrückbau am Modellhang Landwiesen Abfluss [l/s] Nd [mm/tag] Modellhang Hölzerkopf Modellhang Landwiesen Abfluss [l/s] Nd [mm/tag] Modellhang Hölzerkopf Modellhang Landwiesen Folgen der Entwässerungsgräben: Erhöhung der Abflussvolumina und der Scheitelabflüsse 27

28 AUSWIRKUNGEN / RELEVANZ Soonwald Bad Kreuznach Bodenverdichtung Hunsrückschiefer im Soonwald Flachgründige Pseudogleye Staunässe an Unterhängen Anthropogenes Grabennetz Ent- Wegseitengräbewässerungsgräben Ressourcenökonomisch nachhaltige Forstwirtschaft Gewässerrenaturierung Ressourcenökonomisch und ökologisch nachhaltige Forstwirtschaft Geringes Wasserrückhaltevermögen der Soonwaldflächen Brachflächen ohne Interzeption und Transpiration Windwurfschäden Bestockung mit Fichten Dichtes Rückegassenund Wegenetz Einsatz schwerer Forstmaschinen Anthropogener Return Flow Standortangepasste Forstwirtschaft Unangepasste Bewirtschaftung weiterer Teileinzugsgebietsflächen Abflussgenese im Soonwald Geschwindigkeit Volumen Abflussgenese in anderen Teileinzugsgebieten der Nahe Hochwasserschutzmaßnahmen Intensität und Häufigkeit von Hochwasserereignissen der Nahe Unangepasste Baustruktur Sach- und Personenschäden Hochwasserschutzvorrichtungen dezentral Vorsorge zentral Hochwasserfrühwarnsysteme Besiedlung der Nahe-Niederung Schadenspotentiale Gesellschaftlicher Druck Entwicklung von Aktionsplänen Vorrangflächen für den Hochwasserschutz Anpassung der Bauweise Bedarf an Hochwasserschutz 28

29 AUSWIRKUNGEN AUF HOCHWASSEREREIGNISSE DER NAHE Pegel Argenschwang (Gräfenbach) Pegel Schleifmühle (Ellerbach) Bad Kreuznach Pegel Bad Kreuznach (Nahe) 29

30 SYNTHESE 30

31 SYNTHESE Die bisher erzielten Ergebnisse dokumentieren: Eine aufgrund der großen Grabendichte schnelle und hohe Abflussspende der staunassen Hangmoorbereiche Eine schnelle Entleerung des hydrologischen Speichers in Trockenphasen und damit einen geringen Wasserrückhalt im Einzugsgebiet Eine sehr schnelle Reaktion auf Niederschlagsereignisse und einen daraus resultierenden Beitrag zur Hochwasserproblematik 31

32 LEUCHTTURMPROJEKTE ZUR WIEDERVERNÄSSUNG 32

33 HERZLICHEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT! 33