FORECASTER - Teilprojekt Gruppierung von HMWB zur Herleitung des guten ökolog. Potenzials

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1 Jochem Kail & Christian Wolter Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei Berlin FORECASTER - Teilprojekt Gruppierung von HMWB zur Herleitung des guten ökolog. Potenzials 1. Fachgespräch zum Projekt Entwicklung und Erprobung eines Konzeptes zur Ableitung des GÖP zur Bewertung erheblich veränderter Gewässer (HMWB) 14. Dezember 2010, LANUV NRW

2 FORECASTER Facilitating the application of Output from REsearch and CAse STudies on Ecological Responses to hydro-morphological degradation and rehabilitation

3 FORECASTER Projektziele: Zusammenstellung Informationen und eigene Untersuchungen Belastungen Maßnahmen Renaturierungsprojekte (Fallbeispiele) Internet-Plattform Workshops und Tagungen

4 FORECASTER Teilprojekte am IGB: Auswertung Maßnahmenplanung (RBMP) Literatur-Recherche zur Maßnahmen-Wirksamkeit Freiland-Untersuchung Uferstrukturen an Wasserstraßen Gruppierung HMWB zur Herleitung GEP

5 HMWB Gruppierung Hintergrundinformationen Prager Ansatz HMWB CIS Guidance Identify all mitigation measures that do not have a significant adverse effect Define MEP by estimating the biological values expected if all mitigation measures were taken Identify all mitigation measures that do not have a significant adverse effect on the use Define MEP by estimating the biological values expected if all mitigation measures were taken Exclude those mitigation measures that, in combination, are only predicted to deliver slight ecological improvement GEP = the biological values expected from taking the identified mitigation measures Identify mitigation measures needed to support the achievement of GEP Define GEP as a slight deviation from the biological values estimated for MEP GEP is defined as the ecological conditions expected when all the mitigation measures are taken except those that in combination would only deliver slight ecological improvements to the heavily modified or artificial water body. The ecological conditions predicted to result from these mitigation measures are used to estimate the values of the biological quality elements at GEP. GEP = über die BQE zu definierende ökologische Ausprägung NICHT einfach gleichzusetzen mit Zustand nach Durchfürung Maßnahmen!

6 HMWB Gruppierung FORECASTER Ansatz (i.a.a. Pottgiesser et al. 2008) PEWA-ANSATZ (Pottgiesser et al. 2008) PRAGER-ANSATZ Schritt 0: HMWB Gruppierung Gruppierung HMWB Gewässertyp (Artenpool für Besiedlung) Belastungen (Renaturierungsbedarf) Schritt 1: Maßnahmenauswahl MEP Auswahl aller Maßnahmen ohne signifikante negative Auswirkung auf die spezif. Nutzungen (oder UiwS) Schritt 2: Maßnahmenauswahl GEP exklusiv Maßnahmen, die auch in Kombination nur zu einer geringfügigen ökolog. Aufwertung führen Schritt 3: Abiotische Rahmenbedingungen (GEP) Prognose der hymo und chem.-pysik. Bedingungen nach Durchführung der GEP Maßnahmen Nutzungen hier berücks. Schritt 4: Biologische Ausprägungen (GEP) Prognose auf Grundlage der abiotischen Rahmenbedingungen

7 HMWB Gruppierung FORECASTER Ansatz (i.a.a. Pottgiesser et al. 2008) PEWA-ANSATZ (Pottgiesser et al. 2008) PRAGER-ANSATZ Naturwissenschaftliche Schritt 0: HMWB Gruppierung Gruppierung HMWB Gewässertyp (Artenpool objektive für Besiedlung) Belastungen (Renaturierungsbedarf) Gruppierung Politischer Konsens sign. neg. Auswirkung ( subjektiv ) Schritt 1: Maßnahmenauswahl MEP Auswahl aller Maßnahmen ohne signifikante negative Auswirkung auf die spezif. Nutzungen (oder UiwS) Schritt 2: Maßnahmenauswahl GEP exklusiv Maßnahmen, die auch in Kombination nur zu einer geringfügigen ökolog. Aufwertung führen Schritt 3: Abiotische Rahmenbedingungen (GEP) Prognose der hymo und chem.-pysik. Bedingungen nach Durchführung der GEP Maßnahmen Nutzungen hier berücks. Schritt 4: Biologische Ausprägungen (GEP) Prognose auf Grundlage der abiotischen Rahmenbedingungen

8 HMWB Gruppierung - FORECASTER Ansatz Annahme ähnliche Rahmenbedingungen (GTyp, Belastungen, Nutzungen) ähnliche GEP Maßnahmen (Art und Umfang) ähnliches GEP Hypothese Berücksichtigung von Belastungen auf größeren räumlichen Skalen notwendig

9 HMWB Gruppierung - FORECASTER Ansatz Belastungen auf größeren räuml. Skalen Analogie zur Typologie natürlicher Fließgewässer nat. Rahmenbedingungen im EZG (Typologie nat. FG) ANALOG Belastungen im EZG (HMWB Gruppen) Typologie natürliche Fließgewässer Gruppierung HMWB Typ A: Gruppe A: normales Abflussregime Wald Landw. Nutzung EZG => beeintr. Abflussregime Agrar NWB HMWB Typ B: Gruppe B: Seenausflußgepr. Abflussregime Wald Seen NWB Landw. und urbane Nutzung EZG => stark beeinträchtigtes Abflussregime Agrar Urban HMWB

10 HMWB Gruppierung - Untersuchungsansatz HMWB und NWB im Datensatz (MZB n = 244) NWB = HMWB + Maßnahmen 1 hymo Zustand Wasserkörper (GSG-Mittelwert) NWB HMWB

11 HMWB Gruppierung Ergebnisse zu: Gewässertypen Belastungen Bedeutung der Gewässertypen für HMWB Gruppierung X Gewässertypen * Y Belastungssituationen = XY HMWB-Gruppen?

12 HMWB Gruppierung Ergebnisse zu: Gewässertypen Belastungen Bedeutung der Gewässertypen für HMWB Gruppierung (MZB): keine signifikanten Unterschiede : FGTyp : * Kiesgeprägt (Typ 17) Sandgeprägt (Typ 15) Organisch (Typ 12) Kiesgeprägt (Typ 16) Sandgeprägt (Typ 14) Organisch (Typ 11) Löss-lehmgepr. (Typ 18) Niederungsbach (Typ 19) Axis 3 Axis 2 NMDS: Stress = 0,22 (3D) ANOSIM: : R = 0,37, p = 0,001 : R = 0,02, p = 0,30

13 HMWB Gruppierung Ergebnisse zu: Gewässertypen Belastungen Bedeutung der Gewässertypen für HMWB Gruppierung xgewässertypen * ybelastungssituationen = xy HMWB Gruppen? Viele Gewässertypen können zusammengefasst werden! Vier Gruppen nach Großregion und Gew.größe = 82% der WK - - MZB 5 6,7* 9, * Fische 5, 6, 7 9, 9.2, 9.1 TL- 11, 14, 16, 18, 19 11, 14, 16, 18, 19 TL- 15 (12?) 15, 12 17* 17* *geringes n, keine gesonderte weitere Untersuchung und Gruppierung möglich

14 HMWB Gruppierung Ergebnisse zu: Gewässertypen Belastungen Untersuchung: Einfluss der Belastungen auf ökologischen Zustand Ziel: Absicherung der HMWB-Gruppierung mit Hilfe biologischer Daten (soweit möglich) Untersuchung auf Ebene der Probestellen: Belastungen auf welchen räumlichen Skalen beeinflussen den ökologischen Zustand der Probestellen (HMWB UND degradierte NWB)? Übertrag auf WK-Ebene: Wird der ökolog. Zustand der WB maßgeblich von hymo Belastungen im Wasserkörper bestimmt? Relevanz: Über HMWB-Gruppierung hinaus Forschungsbedarf zur Bedeutung unterschiedlicher Belastungen auf verschiedenen räumlichen Skalen

15 HMWB Gruppierung Ergebnisse zu: Gewässertypen Belastungen Belastungen auf unterschiedlichen räumlichen Skalen Probestelle /Gewässerabschnitt (Wasserkörper) -Lokale Habitatbedingungen (Substrat, Gewässerstrukturen ) Ober- / Unterlauf Gewässernetz -Physiko-chemische Parameter (z.b. Temperatur) -Eintrag organisches Material (von Ufergehölzen, Blätter, Totholz) -Fehlen von Wiederbesiedlungsquellen -Querbauwerke (z.b. für Fischwanderung) Einzugsgebiet (Landnutzungs-Druck) -Punktquellen, diffuse Quellen, Nährstoff- und Feinsubstrateintrag -Hydrologische / hydraulische Belastung (HQ, NQ)

16 HMWB Gruppierung Ergebnisse zu: Gewässertypen Belastungen Belastungen auf unterschiedlichen räumlichen Skalen Probestelle /Gewässerabschnitt (Wasserkörper) -Gewässerstrukturdaten Ober- / Unterlauf Gewässernetz -Gewässerstrukturdaten -Einfluss von Querbauwerken auf Langdistanzwanderfische nicht betrachtet Einzugsgebiet (Landnutzungs-Druck) -CORINE 2000 Landnutzungsdaten -Nur saprobiell nicht belastete Probestellen berücksichtigt => Belastung Gewässergüte / Wasserqualität ausgeschlossen

17 HMWB Gruppierung Ergebnisse zu: Gewässertypen Belastungen Bedeutung der unterschiedlichen räumlichen Skalen PS/Abschnitt Unterlauf Oberlauf Einzugsgebiet EZG/Oberlauf Shared variance ,0 46,0 32,8 43,3 50,0 34,3 30,8 58,5 100 rel. Erklärungsanteil an Fischen (%) rel. Erklärungsanteil an MZB (%)

18 HMWB Gruppierung Ergebnisse zu: Gewässertypen Belastungen Bedeutung der Probestelle / Gewässerabschnitt PS/Abschnitt Unterlauf Oberlauf Einzugsgebiet EZG/Oberlauf Shared variance ,0 46,0 32,8 43,3 50,0 34,3 30,8 58,5 100 rel. Erklärungsanteil an Fischen (%) rel. Erklärungsanteil an MZB (%)

19 HMWB Gruppierung Ergebnisse zu: Gewässertypen Belastungen Bedeutung des Unter- u. Oberlaufs PS/Abschnitt Unterlauf Oberlauf Einzugsgebiet EZG/Oberlauf Shared variance ,0 46,0 32,8 43,3 50,0 34,3 30,8 58,5 100 rel. Erklärungsanteil an Fischen (%) rel. Erklärungsanteil an MZB (%)

20 HMWB Gruppierung Ergebnisse zu: Gewässertypen Belastungen Bedeutung des Einzugsgebietes PS/Abschnitt Unterlauf Oberlauf Einzugsgebiet EZG/Oberlauf Shared variance ,0 46,0 32,8 43,3 50,0 34,3 30,8 58,5 100 rel. Erklärungsanteil an Fischen (%) rel. Erklärungsanteil an MZB (%)

21 HMWB Gruppierung Ergebnisse zu: Gewässertypen Belastungen Bedeutung des Einzugsgebietes in -n für MZB Urbane Nutzung als limitierender Faktor PE RLODS score module general degradation (ecological status of macroinvertebrates) y = x Planform index at sampling sites (1 high to 7 bad) Share of urban land-use in upstream catchment (%)

22 HMWB Gruppierung Ergebnisse zu: Gewässertypen Belastungen Bedeutung der unterschiedlichen räumlichen Skalen Probestelle /Gewässerabschnitt (Wasserkörper) -Fische: wichtige Belastung (Uferstrukturen) -MZB: Belastungen auf anderen räumlichen Skalen limitierend Ober- / Unterlauf Gewässernetz -Fische: wichtige Belastung / Habitate bis zum nächsten Querbauwerk -MZB: noch bedeutender, einschließlich Abschnitte oberhalb Querbauwerk Einzugsgebiet (Landnutzungs-Druck) -Fische: untergeordnete Bedeutung -MZB: wichtige Belastung, wirkt in manchen Fällen als limitierender Faktor ACHTUNG: Mögliche Missinterpretation der Ergebnisse - Ergebnisse zeigen NICHT, dass lokale Morphologie keine Bedeutung für MZB hat, sondern dass noch andere Belastungen limitierend wirken!!! Kurze HMWB keine eigenständige Besiedlung Mindestlänge oder Bewirtschaftung im Kontext Ober-/Unterlauf/EZG

23 HMWB Gruppierung auf Grundlage von Gewässertypen u. Belastungen Beispiel für HMWB-Gruppierung (MZB, -) Schritt 1: Belastungsgruppen (alle Belastungen / Skalen, gewichtet nach Einfluss auf Biologie, d.h. Erklärungsanteile) MIV 1lower-mountain streams (site/reach, upstream, catchment) Wards method, euclidian distances 222 bestes EZG 221 beste GSG 210 schlechteste GSG 100 schlechtes EZG Linkage Distance

24 HMWB Gruppierung auf Grundlage von Gewässertypen u. Belastungen Beispiel für HMWB-Gruppierung (MZB, -) Schritt 1: Belastungsgruppen (alle Belastungen / Skalen, gewichtet nach Einfluss auf Biologie, d.h. Erklärungsanteile) 222 bestes EZG MIV 1lower-mountain stream s (site/reach, upstream, catchment) ANOVA 4 Clusters with largest linkage distance MIV 1lower-mountain streams (site/reach, upstream, catchment) Wards method, 0,8 euclidian distances , beste GSG MMI 0,4 210 schlechteste GSG 100 schlechtes EZG 0, Linkage Distance CmaxLD4

25 HMWB Gruppierung auf Grundlage von Gewässertypen u. Belastungen Beispiel für HMWB-Gruppierung (MZB, -) Schritt 2: Zustandsgruppen (alle Belastungen / Skalen) MIV 1 lower-mountain streams (site/reach, upstream, catchment) 1,0 0, ,6 MMI 0,4 0,2 0,0 lower CmaxLD2 higher Median 25%-75% Non-Outlier Range Outliers

26 HMWB Gruppierung auf Grundlage von Gewässertypen u. Belastungen Beispiel für HMWB-Gruppierung (MZB, -) Schritt 3: Zuordnung zu Gruppen (einzelne Belastungen / Skalen) lower higher MIV 1lower-mountain streams Clas s ification tree UP_HP2<=4,705 higher % korrekt zugeordnet! lower 43 1 FORPERC<=15,144 lower 6 higher higher URBPERC<=24,346 lower

27 HMWB Gruppierung auf Grundlage von Gewässertypen, Belastungen UND Nutzungen Zustandsgruppen Gruppen von Gewässertypen: 8 (jeweils 4 MZB und Fische) Belastungsgruppen: 32 (i.d.r. 4 pro Gewässertyp-Gruppe) Zustandsgruppen: 16 (i.d.r. 2 pro Gewässertyp-Gruppe) HMWB Gruppen Weitere notwendige Schritte (nicht mehr Teil von FORECASTER) Berücksichtigung der Nutzungen Ggf. weitere Differenzierung der Zustandsgruppen Prager Ansatz für HMWB Gruppen Maßnahmenauswahl Prognose abiotischer Rahmenbedingungen Prognose biologischer Ausprägung = GEP

28 HMWB Gruppierung auf Grundlage von Gewässertypen, Belastungen UND Nutzungen Forschungsbedarf GÖP Bestimmung nach Prager Ansatz für HMWB Gruppen Mindesthabitatlänge für eigenständige Besiedlung (HMWB) Identifikation wichtiger Belastungen auf räumlichen Skalen Einheitliche Erfassung und zentrale Sammlung von Biologischen Monitoring Daten Physiko-chemischen Daten Gewässerstruktur Daten! Zeitreihen!

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Fotos: S. Seuter