Ökologischer Hochwasserschutz mit Röhrrichtinseln und Steinmatratzen

TANGSTEDT, 03.11.2016 – Beim Hochwasserschutz kommt es vor allem darauf an, Retentionsräume für die anfallenden Wassermassen zu schaffen. Doch im gleichen Zuge lassen sich auch ökologisch sinnvolle Maßnahmen durchführen, die nicht selten auch positive Auswirkungen auf den Hochwasserschutz haben.

Von Dr. Volker Seidel, Tangstedt

Röhrichtbereich als Ergänzung zum Hochwasserschutz
Im Röhrichtbereich gibt es nicht viele Pflanzenarten, die einen auffallenden Blühaspekt aufweisen wie die hochwachsenden Arten Sumpfschwertlilie (Iris pseudacorus) und Blutweiderich (Lythrum salicaria). | Fotos: Volker Seidel

Natürlich steht beim Hochwasserschutz die Schaffung von Retentionsräumen für die anfallenden Wassermassen im Vordergrund. Allerdings sind vor dem Hintergrund der zunehmenden Sensibilität für Umweltverträglichkeit die einzelnen Maßnahmen nicht mehr nur unter rein technischen Gesichtspunkten umsetzbar. Im Folgenden werden zwei Methoden beschrieben, die im Hochwasserschutz technische mit ökologischen Aspekten verbinden.

Schwimmende Röhrrichtinseln

Der technische Aspekt hierbei liegt in der Beruhigung des Wasserkörpers, häufig eine wesentliche Vorbedingung, damit im Uferbereich Pflanzmaßnahmen erfolgreich durchgeführt werden können bzw. sich das Ufer spontan begrünt. Auf diese Weise ist in vielen Fällen bereits ein ausreichender Erosiosschutz gegeben. Durch Röhrichtinseln, die dem Ufer vorgelagert werden, wird der Energieeintrag im Uferbereich wesentlich verringert. Um für die Wellendämpfung verlässliche Daten zu erhalten, wurden Versuche im Wellenkanal unternommen. Es zeigte sich, dass bei Wellenlängen von ca. einem Meter, welche typisch für Uferbereiche von Binnenseen sind, eine Wellendämpfung von etwa 90% erreicht wird. Für den Energieeintrag auf das Ufer bedeutet das eine Reduktion auf erosions-unwirksame Werte.

Röhrichtzone wichtig

Zu einem guten ökologischen Zustand an stehenden Gewässern der mesotrophen und eutrophen Trophiestufen gehört eine gut ausgebildete Röhrichtzone. Dort finden wesentliche Prozesse statt, die Grundlagen für ein vielfältig und artenreich strukturiertes Gewässer und für seine Selbstreinigungskraft sind. Wenn nun dieses Strukturelement mit landschaftsbaulichen Methoden nicht oder nur mit unverhältnismäßigem Aufwand hergestellt werden kann, bieten schwimmende Röhrichtinseln eine Alternative; sie sind ein Ersatzlebensraum.  Durch Untersuchungen zur faunistischen Besiedlung des Wurzelraums konnte eine hohe Besiedlungsdichte festgestellt werden, und zwar über 5.000 Individuen pro Kubikzentimeter.

Wasserreinigende Strukturelemente

Wie beschrieben ist Röhricht ein wesentliches Strukturelement, welches einen guten ökologischen Zustand bedingt. Unter dem schwimmenden Röhricht entwickelt sich ein weit verzweigtes Wurzelsystem. Die Länge und Dichte hängt von der Pflanzenart und den Nährstoffverhältnissen ab. Bis einem Meter Wurzellänge ist möglich, wobei im Allgemeinen die ersten 30-50 cm am dichtesten verzweigt sind. Alleine unter einem Quadratmeter schwimmendem Röhricht entwickeln sich Wurzeln von über 100 km Länge und einer Oberfläche von über hundert Quadratmeter. Auch besitzt der Wurzelraum eine große besiedelbare Oberfläche für Mikroorganismen, die von zentraler Bedeutung für die Selbstreinigungskraft unserer Gewässer sind.

Ansiedelung von Bakterien

Idealtypisch siedeln sich hier Bakterien an und bauen die im Wasser gelösten organischen Substanzen ab und mineralisieren sie beispielsweise zu Nährsalzen aus Phosphat und Nitrat. Diese werden dann wieder von den Pflanzen – von höheren Pflanzen und auch Algen - aufgenommen. Auch bilden diese Bakterien nun wieder die Nahrungsgrundlage für Wimperntierchen, diese für Rädertierchen und diese für Kleinkrebse. Dieses Zooplankton ernährt sich ebenfalls von Algen. Besonders wichtig als effektive Algenfiltrierer sind die größeren Kleinkrebsformen, z.B. Ruderfußkrebs und Wasserflöhe. Diese bewirken dann eine Verringerung der Algenbiomasse und verbessern die Sichttiefen. Durch dieses spezifische Klima und die hohe Produktivität wirkt der Wurzelraum ähnlich einer Pflanzenkläranlage und trägt zum Abbau einer übermäßigen organischen Belastung bei. Gleichzeitig wird durch die Beschattung einer unerwünscht starken Algenentwicklung entgegen gewirkt.

Gewässersohle und Böschung sind mit Steinmatratzen gesichert
Gewässersohle und Böschung sind bis zur mittleren Höhe (ca. 2 m) mit Steinmatratzen gesichert. Die Neigung geht bis auf 70° und schützt diesen kritischen Böschungsbereich.

Steinmatratzen

Mit Steinmatratzen werden erosionsgefährdete Ufer technisch sicher geschützt. Insbesondere mit der Weiterentwicklung der Verwendung von Kunststoffen, hier vor allem Polyethylen, können Armierungen verwendet werden, die unter dem Aspekt der Reißfestigkeit und der UV-Stabilität eine lang anhaltende Wirksamkeit garantieren. Mit den Transportbändern ist die Belastung beim Einbau der einzelnen Elemente der Steinmatratzen beherrschbar. Die hydraulische Wirksamkeit ist durch Untersuchungen der TU Dresden belegt: Dort fand am Institut für Wasserbau und technische Hydromechanik unter Leitung von Prof. Aigner im Sommer 2010 ein umfangreiches Untersuchungsprogramm mit Ökon-Steinmatratzen statt. Ziel der Untersuchungen war eine Bewertung der hydraulischen Belastbarkeit von Steinmatratzen. Ausgehend von einem Manning-Strickler-Beiwert von 20 wurden laut Prof. Aigner für Steinmatratzen im institutseigenen Strömungskanal zulässige Schubspannungen (Tcrit) zwischen 1186 und 1652 N/m² ermittelt. Steinmatratzen mit PE-Armierungen wurden mittlerweile schon an  hydraulisch äußerst exponierten Stellen wie am Rhein oder an der Elbe im Hamburger Hafen erfolgreich erfolgreich eingesetzt.

Voraussetzungen für Pflanzen und Tiere

Welche Auswirkungen bestehen für Pflanzen und Tiere? Pflanzen benötigen eine Möglichkeit zur Bewurzelung bzw. Verankerung sowie genügend Wasser und Nährstoffe. Hierfür finden Pflanzen in traditionellen Steinschüttungen keine Grundlagen. Steinmatratzen bieten hier bessere Entwicklungsbedingungen. In den Hohlräumen sammeln sich Sedimente, die Feuchtigkeit zu speichern vermögen und eine Versorgung mit Nährstoffen gewährleisten. Die Wurzeln finden Halt und die 25/30 cm starke Steinmatratze ist in ca. vier Wochen durchwurzelt, wie sich in der Praxis zeigte. Entscheidend für das zielgerichtete Etablieren von Röhrichten an der Böschung ist die Anwuchsphase. In den Zeitpunkt, bis die Wurzeln der Pflanzen die Matratze durchdrungen haben (also 25/30 cm), muss der Standort bei Trockenheit und niedrigen Wasserständen gewässert werden. Diese Durchdringung der ersten 30 cm dauert in der Vegetationsperiode ca. vier bis sechs Wochen.

Aufbau der Steinmatratzen

In unserem Beispiel (siehe Foto Steinmatratzen) wurden in die Hohlräume der Steinmatratzen bindiger Boden eingeschlämmt und zusätzlich noch eine dünne Schicht Mutterboden aufgetragen. Danach wurden im Bereich der Wasserlinie Röhrichtmatten verlegt und der landseitige Teil der Böschung angesät. Wird nicht gezielt eingeschlämmt, so erfolgt die Ablagerung von Feinsubstrat über die natürliche Sedimentation aus der fließenden Welle. Die kann länger dauern, hat aber den Vorteil, dass das Sediment auf die am Ufer auftretenden Fleißgeschwindigkeiten und Schleppspannungen abgestimmt ist und so die Wuchsvoraussetzungen zum Aufkommen eines standortgerechten Bewuchses durch natürliche Sukzession bietet. Diese wird gegenüber einer gezielten Bepflanzung sich zeitlich verzögert einstellen und stabilisieren. Zunächst sind die die Bodenverhältnisse in einer Steinmatratze oberhalb der Wasserwechselzone etwa mit einem Schotterrasen vergleichbar.

Ansiedelung von Röhrichtpflanzen mit Schutzzaun
Die Ansiedlung von Röhrichtpflanzen kann
häufig nicht ohne einen zumindest
temporären Schutzzaun gelingen.

Unterschiede bei den Steingrößen

Steinmatratzen stellen für Tiere keine unüberwindbaren Hindernisse dar, wie ein geschlossener Steinsatz oder gar Betonwände. Aber auch größere Stein, deren Größe sich aus den hydraulischen Berechnungen zur Lagestabilität des einzelnen Steins ergeben, bieten nur wenig Halt. Vielmehr entstehen im Hochwasserfall starke Strömungen um die Steine herum, die eventuell schon vorhandene pflanzliche oder tierische Strukturen mitreißen. Die kleineren Steine der Steinmatratzen brechen hingegen die Energie der Wellen.
Diese kleinräumige Rauigkeit der Steinmatratzen lässt die Organismen passieren, wie auch die Hohlräume zwischen den Pflanzen „ausspülsichere Schutzräume“ darstellen. Dadurch kann es nach Ende des Hochwasserereignisses zu einer schnellen (Wieder-)Besiedelung des Wasserkörpers kommen.  An vielen Stellen bieten Steinmatratzen an der Gewässersohle erstmals überhaupt ein Interstitialraum als Lebensraum zur Verfügung. Als Trittsteinbiotop kommt ihm sogar große Bedeutung in naturfernen Gerinnen oder in Gerinnen mit erheblich veränderter Sohlstruktur zu. Nicht zuletzt ist der Interstitialraum ein wichtiges Element des anzustrebenden Biotopverbundes innerhalb eines Fließgewässers.

Literaturtipp

Handbuch Naturnaher Wasserbau von Detlef Dunker, Lutz Hermann, Dr. Volker Seidel, Stéphane Couret und David Holland.  Ökon Vegetationstechnik GmbH 2015, 217 Seiten.

Zum Autor

Dr. Volker Seidel ist Geschäftsführer der Ökon Vegetationstechnik GmbH aus Tangstedt bei Hamburg.