Studienergebnisse Finsingtal

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1 Studienergebnisse Finsingtal Hydrologische Wirkung des Waldes B. Kohl, G. Markart, K. Klebinder, F. Perzl, H. Pirkl B. Sotier R. Schiffer, B. Burgstaller, P. Zanetti, P. Schießling, I. Lechner Tiroler Forstverein Wald und Wasserabfluss Fügen

2 Inhalt 1. Historischer Kontext 2. Waldwirkungen 3. Naturräumliche Voraussetzungen 4. Methodik 5. Ergebnisse 6. Schlussfolgerungen Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

3 1. Historischer Kontext Die Frage nach hydrologischen Zusammenhängen ist nicht neu. 4/31 Reduktion der Waldfläche zwischen 1800 und 1960 im Zillertal: 28-30% Finsingtal ( ): Waldrückgang >> 30% Schiechtl (1953): Vegetationskarte Finsingtal , 1:7500 Schiechtl (1954): Die Folgen der Entwaldung am Beispiel des Finsingtales Czell (1967): Beitrag zum Wasserhaushalt subalpiner Böden Stern (1968): Der Waldrückgang im Zillertal Neuwinger (1980): Regeneration von Vegetation und Boden Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

4 Schwere Schäden in der Gemeinde Fügen in den 40er-Jahren des 20. Jhdts. Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

5 Integral Melioration Nördliches Zillertal (Finsing) Start 1953 durch die WLV Geolsalm: Reduktion der Almweide auf ca. 25% von 1953 Aufforstungen (Fi, Lä, Zi), Sukzession von Zwergsträuchern Konzentration der Weide um die Almgebäude Verbesserung der über Jahrhunderte geplünderten Waldbestände. Foto: Sauermoser

6 1994/1995 WLV beauftragt interdisziplinäres Forschungsprojekt zur Überprüfung der hydrologischen Wirkung der im Rahmen des Integralprojektes vorderes Zillertal gesetzten Maßnahmen. 5/31 Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

7 2007 6/31 Hydrologie Finsingbach Szenarienanalysen Modellrechnungen Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

8 2011/2012 6/31 Taleggbach / Geols - Analyse der Auswirkungen von Nutzungsänderungen auf Hydrologie Hangstabilität Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

9 2. Hydrologische Wirkungen des Waldes Hydrol. Schutzfunktionen des Waldes Beschreibung Abflussretention Hochwasserschutz Pufferpotenzial Infiltrationskapazität insbes. auf Böden mit gehemmter Durchlässigkeit und hoher Speicherkapazität Schutz vor Rutschung Erosion Verhinderung von (durch Verdunstung, mechanische Stabilisierung ): spontanen Lockergesteinsrutschungen Ufererosion Rinnen- und Runsenerosion Schnee-/Lawinenschurf Foto: Reiter BFW Blaikenbildung Schutz vor (tiefgründiger) Massenbewegung Wasserentnahme aus dem Boden durch Evapotranspiration im Zuzugsgebiet oder auf der Bewegungsmasse Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

10 Abfluss Abflusskoeffizient (ψ const, C) und Oberflächenrauigkeit (c) v L t OB OB L OB 2 3 J ( C i ) 527 c T 2 t OB = Konzentrationszeit IZZARD (1946) L Ob C*i T J = Mittlere Fließlänge des Oberflächenabflusses = Abflusskoeffizient * Niederschlagsintensität = Effektivniederschlag = Hangneigung

11 3. Naturräumliche Voraussetzungen Einfache geologische Übersicht des Finsingtales (nach Schiechtl 1965) Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

12 Niederschlag Niederschlag [mm] Jan. Feb. Mrz. April Mai Juni Juli Aug. Sept. Okt. Nov. Dez. Monat Meßstation Rotholz (528 m SH) Meßstation Ried i.z. (555 m SH) Meßstation Zell a.z. (585 m SH) Meßstation Mayrhofen (640 m SH) Meßstation Gerlos (1240 m SH) Dominanz advektiver Niederschläge Jahresniederschlag ca mm (Ried i. Z.) Sommermaximum, Minimum Nov-März Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

13 4. Methodik Lokal - Experimentelle Abflussuntersuchungen 11/31 Starkregensimulation In aufgeforsteten Flächen und auf Weideflächen i N = mm h -1 Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

14 Beregnungen 14 Standorte: 6 Geols 2 Hundsbach 4 Hirschbichlalm 2 Krößbrunnalm (jeweils 75 m²) Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

15 12/31 Untersuchung von Vegetationseigenschaften Bestandesstruktur, Pflanzenverteilung Biomasse, Durchwurzelung Vegetationsaufnahmen, Vegetationskartierung Pfeifengras Molinia caerulea Standort AKL Frische Wiesen, 3*-5** Nasswiesen, Moore, quellige Stellen * vereinzeltes Auftreten, ** flächiges Auftreten Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

16 13/31 Bodeneigenschaften Feldansprache und Laboranalytik: Skelettgehalt Korngrößenverteilung Lagerungsdichte Humusgehalt Porenverteilung Durchlässigkeit Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

17 Vegetation und Vegetationsänderung für aussagekräftige Teilbereiche Kohl (2011) Schiffer & Burgstaller (1996) Geolsalm: Zunahme der Ausdehnung der Alpenrosenheide LEGENDE Vegetationslose Flächen Fichtenwald (montan und subalpin) Pioniervegetation Silikat-Lärchen-Zirbenwald Braunseggen Niedermoore Besenheide - Silikat-Lärchen-Zirbenwald Reitgrasflur Silikat-Latschen-Gebüsch Rasen-Schmiele Weide Grünerlen-Gebüsch Pfeifengras Weide Heidelbeerheide Borstgras - Rasen-Schmiele Weide Besenheide-Gesträuch Borstgras Rasen Alpenrosen- und Heidelbeerheide Faxrasen Lägerflur Alpenrosen- und Heidelbeerheide frisch Subalpine Milchkrautweiden Gemsheide Mähwiese Wasserflächen H.M. SCHIECHTL (1953) Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

18 Vegetation und Vegetationsänderung für aussagekräftige Teilbereiche Kohl (2011) Schiffer & Burgstaller (1996) Geolsalm: Zunahme der Ausdehnung der Alpenrosenheide LEGENDE Vegetationslose Flächen Fichtenwald (montan und subalpin) Pioniervegetation Silikat-Lärchen-Zirbenwald Braunseggen Niedermoore Besenheide - Silikat-Lärchen-Zirbenwald Reitgrasflur Silikat-Latschen-Gebüsch Rasen-Schmiele Weide Grünerlen-Gebüsch Pfeifengras Weide Heidelbeerheide Borstgras - Rasen-Schmiele Weide Besenheide-Gesträuch Borstgras Rasen Alpenrosen- und Heidelbeerheide Faxrasen Lägerflur Alpenrosen- und Heidelbeerheide frisch Subalpine Milchkrautweiden Gemsheide Mähwiese Wasserflächen H.M. SCHIECHTL (1953) Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

19 In der Fläche - Bodenkartierung für Teilgebiete Markart 1996 und Sotier 2011

20 Hydrogeologische Expertise Dr. H. Pirkl (2011) Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

21 Erstellung von Abflussbeiwertkarten basierend auf: Beregnungsdaten Vegetation Art und Intensität der Bewirtschaftung / Nutzung Bodeneigenschaften Gerinne-/Gewässernetz Natürliche Retentionsräume Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

22 14/31 Landnutzung Geolsalm - Taleggbach Nutzungsart Nutzungsintensität Nutzungsentwicklung Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

23 6. Ergebnisse Vom Punkt. Bsp. Taleggbach - Geolsalm Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

24 Bsp. Geolsam - Vergleich Wald mit anderen Einheiten Geols 2011 Planierte Flächen (beweidet) Subalpiner Fichtenwald Foto: B. Kohl Zwergstrauchheide Foto: F. Perzl Foto: F. Perzl

25 Bodeneigenschaften Zwergstrauchheide (Alpenrose, Vaccinium sp., ) Rasch dränender Porenanteil

26 Subalpiner Fichtenwald Rasch dränender Porenanteil

27 Planierte Fläche beweidet Rasch dränender Porenanteil

28 Geols 1994/1995 Auflagenstärke: 1,5 cm Profil Bodenskelett 20 Sand 30 Schluff 50 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Ton Volumsanteil am Probenzylinder Org. Substanz 0 Tie fe [c m] Tie fe [cm] 5 Semipodsol unter Wald, vor 40 Jahren beweidet Profil 7 Auflagenstärke: 0 cm Gröbstporen 5 Grobporen 10 Mittelporen 20 Feinporen % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% Volum santeil am Pr obenzylinder 80% 90% 100% Weidepseudogley mit Weidestausohle Gröbstporenanteil deutlich geringer

29 Beregnungen Höhenstraße Höhenstraße Geols Geols Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

30 18/31 Beregnungen Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

31 19/31 Vegetationsuntersuchungen Zunahme der Alpenrosenbestände Zwergstrauchheiden stehen der hydrologischen Wirkung des Waldes kaum nach: Erhöhung des Bodenspeichers Verbesserung der Infiltrationseigenschaften Verringerung der Abflussgeschwindigkeit Reduktion der kinetischen Energie des Niederschlags Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

32 Biomasseanalysen: der lebende Biomasseanteil erhöht die Infiltration tote anhaftende Biomasse und Streu erhöhen den Abfluss > Dachziegeleffekt > hydrophober Effekt 4% 1% 16% const = 0,46 const = 0,88 33% 7% 76% 82% Bioma sse 18% Nekromasse 28 g/m² Stre u 51% 12% 45% Biomasse 55% Nekrom asse 369 g/m² Streu Gräser lebend Gräser tot Kräuter lebend Kräuter tot 6

33 21/31 Vegetationsuntersuchungen Frequenzanalyse: (Interpretationshilfe für Beregnungsversuche) Identifikation bevorzugter oberflächlicher Fließwege Lokalisieren von Bereichen kleinräumiger Versickerung Verteilung und Häufigkeit von Barflecken als Maß der Erodierbarkeit (Aggregatzerschlagung) Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

34 Vergleich Wald mit anderen Einheiten Jahreswasserbilanz Wald Zwergstrauchheide 2011 Planie Schneeevaporation Interzeption Transpiration Oberflächenabfluss Hangparalleler Abfluss Tiefensickerung Berechnungen mit BROOK90 (Federer 1995) Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

35 Vergleich Wald mit anderen Einheiten Wasserbilanz extreme Tages- und Stundenniederschläge Wald Zwergstrauchheide Planie Niederschlag Oberflächenabfluss Hangparalleler Abfluss Tiefensickerung Bodenspeicher mnd = Tagesmaximum synthetische Regenreihe Nd100 = Tagesbemessungsregen Nh100 = Stundenbemessungsregen 56,9 mm 161 mm 73,8 mm Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

36 22/31 zur Flächeninformation Abflussbeiwertkarte: Ergebnisse der Standortsuntersuchungen Bodenkartierung Vegetationskartierung Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

37 Ergebnisse: Einzugsgebietsebene 24/31 Berechnung mit ZEMOKOST (Stepanek et al. 2004) 40 m³/s ec Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

38 MINIMALE Eingriffe am Hundsbach: Sumpfdotterblume Abflussverhältnisse: Das gesamte Gebiet war bereits 1953 intensiv bewaldet, seit 1953 lediglich kleinen Änderungen in der Vegetationsbedeckung

39 Exkurs: Geolsalm Wirkung des Waldes auf die Hangstabilität Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

40 Hydrogeologische Expertise Dr. H. Pirkl (2011) Hangbewegungs-Internstrukturen zeigen eine Vielzahl von Bewegungskörpern Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

41 Abflussdisposition Finsingtal Gesamteinzugsgebiet (46,6 km²) Stand 1953 Stand 2007

42 RCL c 1 sehr glatt 2 ziemlich glatt 3 etwas glatt 4 etwas rauh 5 ziemlich rauh 6 sehr rauh Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

43 10/31 Reduktion der Rauigkeit durch Verminderung der Einheiten mit rauer Oberfläche Sekundäre Vernässung Raschere Abflussbildung Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

44 Berücksichtigung von Flächen erhöhter Retention Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

45 Finsing Abflussmodellierung mit ZEMOKOST (Kohl 2007) Szenario: Vollüberregnung; Lorenz & Skoda-Abminderung; J50 Aktuelle Landnutzung 2007 Landnutzung 1953 Spitzenabfluss HQ (m³/sec) Landnutzung ohne IM Zeit (min) Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

46 26/31 Ergebnisse: Einzugsgebietsebene Hydrologische Modellrechnungen Änderungsszenarien Verbesserungen/Verschlechterungen Kritische Abflussspende [m³/s*km²] Szenario Bilanz Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

47 7. Schlussfolgerungen (1) Deutlich höherer Oberflächenabfluss auf Feucht- und Weideflächen als in Aufforstungen und Zwergstrauchheiden. Aufwendige Begleitmaßnahmen bei den Aufforstungen durch die WLV (Weidefreistellung, Zäunung, Bermenpflanzung - Durchbrechen nahezu undurchdringlichen dichten Wurzelfilzes der Borstgrasrasen...) ermöglichte rasche Einwanderung von Zwergsträuchern gestufter Bestandesaufbau in den Aufforstungen. Dadurch günstigere hydrologische Reaktion der Systeme Wald, Zwergsträucher bzw. Aufforstungen mit Zwergsträuchern bei Gewitterregen bzw. Gewittern mit Hagel Bessere Pufferung der Schlagwirkung von Starkregen Niederschlag wird dosiert in tiefere Bodenschichten abgeleitet, gespeichert bzw. verzögert als Zwischenabfluss abgeführt und damit die Abflussspitze in den Bächen gekappt bzw. deutlich verzögert. Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

48 Schlussfolgerungen (2) Hydrologische Auswirkungen von Wiederbewaldung/Entwaldung in Abhängigkeit von: Art und Intensität der Bewirtschaftung Zeit Rasenschmiele Ges. Lägerfluren Bürstlingrasen Fettwiesen Besenheide Alpenrosenheide Intensität der Bewirtschaftung Lärchen-Zirbenwald Fichtenwald Zeit nach Bewirtschaftungsende Bodenspeicher Bestandesverdunstung, Speicherausnutzung Oberflächenabfluss Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

49 28/31 Schlussfolgerungen (3) Der Vergleich der Vegetationskartierungen von 1953 und 1996/1998/2011 ergibt eine deutliche Zunahme der Zwergsträucher bzw. des Bewaldungsprozentes, primär in den weidefreigestellten Bereichen. Die für die einzelnen Boden-/Vegetationseinheiten erzielten Abflussbeiwerte und Analogieschlüsse aus weiteren Untersuchungen im Ostalpenraum (ca. 300 Beregnungen) zeigen, dass durch die Maßnahmen der Integralmelioration eine deutliche Reduktion des Gebietsabflusses bei Starkregen und Dauerregen erreicht wurde. Anthropogene Veränderungen egalisieren in zusehendem Maße die hydrologische Schutzwirkung aus dem Waldbereich (Nutzungsänderungen Umwandlung von Mähwiesen in Weideflächen, Versiegelungen, Schipisten - Planien, ) Die Waldwirkung ist insbesondere im Bereich der Talzuschübe im vorderen Talbereich von besonderem Interesse Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

50 Wir danken: BMLFUW: MR DI Werner Rachoy MR DI Hubert Siegel Sektion Tirol der WLV: HR DI Siegfried Sauermoser Gbltg. Westliches Unterinntal: DI Josef Plank, DI Leopold Stepanek HR DI Bernhard Riccabona OR DI Dieter Frey Ing. Hans Spanner Geologische Stelle der WLV: HR Dr. Hans Angerer Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

51 Wald ist mehr, als die Summe der Bäume Eugen Roth Danke für Ihr Interesse! Ti rol er Forstverein Wald und Wasser Fügen,

52 Exkurs: Hangentlastungen Löhnersbach / Salzburg Inhalt Geplant: Abräumen des ganzen Hanges Begründung: Wildholzgefahr Durch Geologen unterbunden warum?

53 Hangentlastungen Inhalt Löhnersbach / Salzburg

54 Hangentlastungen Inhalt

55 Hangentlastungen Bei Bodenmächtigkeit von 1m Masse des Bodens Inhalt Nach Mayer und Beinsteiner (1972): = 85% Masse des Wassers bei Feldkapazität = 13% Masse des Bestandes = 2% Bei großflächigem Abtrieb Deutliche Reduktion der Interzeptions- und Transpirationsleistung mehrere hundert mm Niederschlag an zusätzlichem Sickerwasser

56 Hangentlastungen Überschlagsmäßige Berechnung: Bodenmächtigkeit 1m FD = 2,5 g/cm³ Porenvolumen (PV) = 60% Masse Boden (60 Vol%) = 0,6 * 2,5 = 1,5 to/m³ Masse Wasser (30% des Volumens) = 0,3 * 1 = 0,3 to/m³ Masse Bestand (400 Bäume) = (400*0,8 to) + (400*0,5 to) Inhalt Annahmen: = to/ha = 3000 to/ha = 520 to/ha Gerechnet mit: Volumen eines Baumes nach Denzin = 40 cm²/1000 = 1,6 m³ (bei 50 cm DM = 2,5 m³) 1m³ Holz = 0,5 to 0,5 to Astmaterial/Baum

57 Hangentlastungen Überschlagsmäßige Berechnung: Inhalt Annahmen: Tatsächliche Mächtigkeit des pot. Bewegungskörpers 10 m FD = 2,5 g/cm³ Wasseranteil = 30% Masse Boden = (60 Vol%) = 0,6 * 2,5 * 10 *10000 = = to/ha Masse Wasser (30% Vol%) = 0,3 * 1 *10* = = to/ha Masse Bestand (400 Bäume) = (400*0,8 to) + (400*0,5 to) = 520 to/ha Masse Bestand << 1% Gerechnet mit: Volumen eines Baumes nach Denzin = 40 cm²/1000 = 1,6 m³ (bei 50 cm DM = 2,5 m³) 1m³ Holz = 0,5 to 0,5 to Astmaterial/Baum

58 Hangentlastungen Wassermehranfall bei 1200 mm N p.a. = 500 mm = 5000 m³/ha (Mendel 2000) Schlagflora p.a. = 250 mm Bestandesentnahme = kurzfristige Reduktion (Minimum) Inhalt Interzeption: Fichtenaltbestand p.a. = 2500 m³/ha = m³/ha Transpirationsleistung: Fichtenaltbestand bei 1200 mm N p.a. = ca mm p.a. (Lyr et al. 1992) nackter Boden = ca. 200 mm (Molchanov 1960) div. Gräser = ca mm (Molchanov 1960) Bestandesentnahme = kurzfristige Reduktion = m³/ha Mit gut 4500 m³/ha und Jahr an Oberflächenabfluss bzw. Tiefensickerung zu rechnen!