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SEDRIVER: Mehr Hochwasser – mehr Sedimenttransport – weniger Fische?

 

Klimaänderungen verändern den Transport von Sedimenten in Gebirgsbächen. Die Forschenden entwickelten ein Modell, das den Geschiebetransport in Gebirgsflüssen simuliert. Es wurde auch untersucht, welche Auswirkungen die vom Fluss transportierten Sedimente auf die Entwicklung von Bachforellen haben.

Projektbeschrieb (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Der Klimawandel wird sich auf das Abflussgeschehen und den Sedimenttransport in Gebirgsflüssen auswirken: Es werden stärkere Niederschläge erwartet, was zu intensiveren Hochwassern mit vermutlich grösseren Sedimenteinträgen führen wird. Zudem kommt auch zu einer zeitlichen Verschiebung der Abflüsse innerhalb eines Jahres. Diese Veränderungen beeinflussen das Habitat und die Entwicklung von Bachforellenpopulationen. Das Projekt SEDRIVER untersuchte die möglichen Auswirkungen des Klimawandels auf den Sedimenttransport und die Bachforellen in Gebirgsflüssen.

Methoden

Die Forscher entwickelten das Modell sedFlow, um Geschiebetransport in Gebirgsflüssen zu simulieren. Das Modell ermittelt mit einer vereinfachten Abflussberechnung den langfristigen Geschiebetransport in den Gerinnen alpiner Einzugsgebiete. Plötzliche Sedimenteinträge z.B. durch Murgänge können dabei ebenfalls berücksichtigt werden.

In Felduntersuchungen in mehreren Schweizer Gebirgsflüssen wurden die Länge der Laichperiode, die Habitat-Nutzung der Laichtiere und die Eingrabungstiefe von Bachforelleneiern ermittelt. In drei Abschnitten der Kleinen Emme wurden lokale Gegebenheiten, Mesohabitat-Nutzungen im Sommer/Herbst und das Vorkommen der Forellen untersucht. Für diese drei Abschnitte wurde zudem das Mesohabitat-Evaluations-Model MEM angewendet.

Gemäss einem Abflussmodell, das auf Klimaszenarien der C2SM Forschungsgruppe der ETHZ basiert, nehmen die Abflüsse in den Einzugsgebieten Kleine Emme und Brenno im Winter zukünftig zu. Diese Abflussdaten wurden ins sedFlow Simulationsmodell eingespeist. Auf diese Weise konnten die Forscher mögliche Auswirkungen auf den Geschiebetransport und die Bachforellen untersuchen. Zudem wurden Szenarien für extreme Hochwasser und Sedimenteinträge erstellt.

Resultate

Die Laichzeit der Bachforellen beginnt Ende Oktober und dauert bis anfangs Januar. Die Eingrabungstiefe der Eier beträgt im Mittel etwa 4 cm. Dieser Wert ist deutlich kleiner als bisherige Untersuchungen in Flachlandbächen zeigen.

Die Ergebnisse der ökonomischen Studie zeigen, dass die Auswirkungen des Klimawandels durch ein gutes Speicher-Management abgefangen werden können. Darüber hinaus wurde deutlich, dass Unsicherheiten in erster Linie mit den Strompreisen zusammenhängen, da diese sehr viel stärkeren Schwankungen unterworfen sind als die Abflüsse. Ausserdem ist darauf hinzuweisen, dass die gegenwärtige Marktsituation keine Investitionen in ein Pumpspeicherwerk in Mauvoisin rechtfertigt. Die Ergebnisse der ökonomischen Studie machen deutlich, dass die zu erwartenden Klimaveränderungen in der Schweiz in einigen Jahrzehnten unter Umständen zu einer neuen Form des Speicher-Managements führen werden. Ein weiterer Teil des Projekts bestand in der Untersuchung der jüngsten Tendenzen und Veränderungen des Wasserkonzessionssystems im Kanton Wallis auf der Grundlage verfügbarer Unterlagen und eines partizipativen Verfahrens.

Mit dem sedFlow Modell wurden die zukünftigen Erosionstiefen im Winter simuliert. Die Ergebnisse zeigen, dass diese bei der kleinen Emme und dem Brenno in naher Zukunft (2012-2050) kaum zunehmen wird, in der fernen Zukunft (2070-2099) jedoch v.a. im Brenno deutlich. Diese zunehmende Erosionstiefe ist während der Laichzeit problematisch und gefährdet das Überleben der Eier und frisch geschlüpften Forellen. Während dieser empfindlichen Lebensphase der Bachforelle dürfte das tiefste Niveau des Flussbettes vor allem in der fernen Zukunft zu einem späteren Zeitpunkt auftreten als in der Kontrollperiode. Die Untersuchungsergebnisse in der Kleinen Emme lassen aber auch darauf schliessen, dass die kleineren Abflüsse im Sommer zu einer grösseren Habitatvielfalt mit mehr Niederwasserbereichen für die Jungforellen führen könnten.

Die Auswirkungen von Murgängen auf den Sedimenttransport wurden mittels Szenarien am Brenno und an der Hasliaare untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die die Auswirkungen auf den Geschiebetransport in der Nähe eines Zuflusses unterscheiden, je nachdem ob der Sedimenteintrag durch den Murgang kontinuierlich oder plötzlich stattfindet. Zudem spielt es eine Rolle, ob der Sedimenteintrag eher früh oder spät während des Hochwassers erfolgt.

Bedeutung für Forschung und Praxis

Die erwarteten Veränderungen durch den Klimawandel können sich sowohl positiv als auch negativ auf das Habitat und die Entwicklung von Bachforellen auswirken: Einerseits gefährden die zunehmenden Erosionstiefen die natürliche Fortpflanzung der Bachforellen. Andererseits könnten zukünftig geringere Abflüsse im Sommer teilweise günstige Habitatsbedingungen für Jungforellen schaffen. Das Habitat und die Entwicklung von Bachforellen wird jedoch noch von anderen Faktoren beeinflusst, wie etwa von Flussverbauungen, Renaturierungsmassnahmen sowie der mit dem Klimawandel erwarteten Zunahme der Wassertemperatur.

Die im Modell sedFlow implementierten neuen Ansätze zur Berechnung des Geschiebetransportes sollen Fachleute und Entscheidungsträger bei der Gefahrenbeurteilung in alpinen Einzugsgebieten unterstützen. Darauf basierend können nachhaltige Unterhalts- und Schutzkonzepte entwickelt werden.

Originaltitel

Einfluss des Klimawandels auf Gebirgsflüsse (SEDRIVER)

Projektleitung

  • Dr. Dieter Rickenmann, Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL
  • Dr. Armin Peter, Fischökologie und Evolution, Eawag Dübendorf
  • Dr. Jens Martin Turowski, Gebirgshydrologie und Wildbäche, Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL

Partnerprojekt

In einem vom Bundesamt für Umwelt BAFU finanzierten Partnerprojekt an der EPF Lausanne wird unter der Leitung von Prof. A. Schleiss der Einfluss der veränderten Geschiebeverfügbarkeit in alpinen Gebirgsflüssen auf das Versagensrisiko von Uferschutzmassnahmen untersucht. Weiterführend sollen Strategien betrachtet werden, mit denen man diesen neuen Versagensrisiken begegnen kann. Hierbei sind vor allem Kosten-Nutzen-Funktionen sowie Aspekte der Nachhaltigkeit zu berücksichtigen.