ÖKOHYDRAULIK

Ökohydraulik – eine interdisziplinäre Wissenschaft zum verbesserten Prozessverständnis und einem gezielten Management von Flusslandschaften und ihren anthropogenen Veränderungen bzw. Nutzungen.

Die Anwendungen der Ökohydraulik bieten sich überall dort an, wo es bestehende und zukünftige Veränderungen der Fließgewässer hinsichtlich ihrer Auswirkung auf die Gewässerökosysteme zu bewerten gilt. Auf Grund der Verschneidung des Lebensraums (z.B. Fließgeschwindigkeiten und Wassertiefen) mit den Lebensraumansprüchen ergeben sich unterschiedlichste Formen in der Analyse und Bewertung von menschlichen Eingriffen und sich verändernden Umweltfaktoren. Diese Bewertungen können im Zuge von direkten Eingriffen im Zuge von Hochwasserschutzprojekten, durch Wasserkraftnutzung oder aber von indirekten Veränderungen durch den Klimawandel bedingt notwendig sein.

Nachhaltige Wasserkraft – Sunk-Schwall

Mit Hilfe numerischer Verfahren in der Ökohydraulik werden Bewertungen und Optimierungen der Auswirkungen der Spitzenstromerzeugung durch Speicherkraftwerke durchgeführt. Instationäre hydraulische Verfahren werden hier mit ökologischen Ansprüchen von Zeigerarten (Fische / Makrozoobenthos) verschnitten um einerseits Habitateignungen der Schwallstrecken bei Basisabfluss (Sunk) zu bewerten bzw. auch um die Veränderungen durch den Schwall zu quantifizieren. Weiters kommen hier Flächen und Querprofilsanalysen zur Anwendung, welche die Quantifizierung der Flächen des Trockenfallens (Schwall zu Sunk) bzw. Analysen der morphologischen Auswirkungen auf die Sunkgeschwindigkeiten beinhalten.

Nachhaltige Wasserkraft – Staue

Neue integrative Ansätze, welche am IWA entwickelt wurden, ermöglichen eine Prognose wie sich Stauräume, auch unter dem Aspekt fortschreitender Sedimentablagerungen, ökologische entwickeln. Hintergrund dieses sedimentdynamischen Ansatzes in der Ökohydraulik ist es, dass Flüsse durch Sedimenttransport und Ablagerung einem Gleichgewichtszustand zustreben. Dieser Ansatz wurde in numerische Verfahren zur Bewertung von Staustrecken integriert um hier in Abhängigkeit der Bioregionen und den transportierten Sedimenten, Bewertungen und Maßnahmenplanungen zur Optimierung durchführen zu können.

Nachhaltige Wasserkraft – Restwasser

Ein traditionelles Anwendungsgebiet der Ökohydraulik, welche durch die Möglichkeiten einer Quantifizierung in der Abfluss-/Habitatbeziehung eine Optimierung der Restwasserabgaben auf die jahreszeitlichen abgestimmten Ansprüche von Zeigerorganismen ermöglicht. Die Verfahren hierzu sind in der Regel numerisch und bis auf Fragen der Durchgängigkeit mir mehrdimensionalen Strömungsansätzen durchzuführen.

Nachhaltige Wasserkraft – Fischauf- und -abstiege

Die Auffindbarkeit von Fischauf und – abstiegen bzw. die strömungtechnische Optimierung von naturnahen Wandermöglichkeiten für Gewässserorganismen bei bestehenden oder auch neuen Kontiunuumsunterbrechungen ist ein zentrales Anwendungsgebiet der Ökohydraulik. Mittels mehrdimensionaler Strömungsmodelle werden hier Detailanalysen im Zuge eines Monitorings bzw. baulicher Optimierungen durchgeführt.

Integrativer Wasserbau und Hochwasserschutz

Im Zuge der europäischen und nationalen Gesetzgebung ist es auf notwendig neben den prioritären Aspekten der Hochwassersicherheit bei schutzwasserbaulicher Tätigkeit auch die Ziele der europäischen Wasserrahmenrichtlinie zu berücksichtigen. Dies bedeutet, dass bei der Planung und Umsetzung von Hochwasserschutzprojekten auch gewässerökologische Aspekte und Ansprüche berücksichtigt werden müssen. Hier werden bei entsprechender räumlicher Auflösung der Gewässergeometrie die beiden Ziele „Schutz vor Gewässer“ und „Schutz des Gewässers“ mittels ökohydraulischer Ansätze berücksichtigt. Eine Bewertung der möglichen gewässerökologischen Nutzung des Bearbeitungsgebietes über das gesamte Abflussspektrum steht hier im Vordergrund.

Wasserstraßenmanagement

Für die Freihaltung der Wasserstraße (Donau, Elbe, Rhein) sind aktive Sedimentmanagement- und flussbauliche Maßnahmen eine Vorgabe. Um die Auswirkung dieser Eingriffe zu bewerten, werden hier ökohydraulische Methoden angewendet um die möglichen Auswirkungen dieser Eingriffe zu minimieren bzw. durch gezielte integrative Ansätze in der Verwendung von Strukturelemente den Zustand für die Gewässerökologie zu optimieren. Hier kommen auch numerische Verfahren im Bereich des Sedimenttransports und der Morphologischen Entwicklung zum Einsatz, gekoppelt mit ökologischen Ansprüchen auf Großgruppen-Ebene (Gilden).

Bewertung der Auswirkungen durch den Klimawandel

Ähnlich wie bei Anwendungen zur Bewertung von Restwasser bei Wasserkraftnutzung, geht es bei der Bewertung der Auswirkungen durch die globale Erwärmung auf die Fließgewässerökologie um Fragen der Wasserverfügbarkeit. Hier können integrativ Prognosemodelle in Bezug auf Niederschlags- und Abflussentwicklung mit den numerischen Ansätzen der ökohydraulischen Verfahren verschnitten werden um zukünftige Szenarien der hydrologischen Entwicklung quantitative abzubilden. Wobei hier vor allem auch Aspekte der Wassertemperatur Entwicklung mitunter auch im (Schad-)stofftransport in der Modellierung auch abzubilden sind.

Sedimenthaushalt und Sedimentbewirtschaftung

In mehrfacher Hinsicht interdisziplinär ist die Anwendung der Ökohydraulik im Bereich der Sedimentbewirtschaftung die vor allem im Zusammenhang mit der Wasserkraftnutzung steht. Hier werden neben einer Verschneidung der Strömungsverhältnisse aus die Gewässerorganismen, wie bspw. Fische auch die dynamischen Komponenten des Feststoffhaushaltes (numerisch) mitbewertet. Dies bezieht sich einerseits auf die Umlagerungsdynamik der Gewässersohle im Bereich der Habitatstabilität und Habitaterneuerung. Anderseits auf die Analyse und Bewertung von (erhöhten) Schwebstoffführungen auf Zeigerarten im Fließgewässer.