ÖKOLOGISCHE UNTERSUCHUNGEN ZUR KOLMATION - WRRL-BEWERTUNG UND INTERSTITIALFAUNA - Bonn, 01.09.2018
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ÖKOLOGISCHE UNTERSUCHUNGEN ZUR KOLMATION
- WRRL-BEWERTUNG UND INTERSTITIALFAUNA -
Hans Jürgen Hahn, Heide Stein & Thomas Zumbroich
Bonn, 01.09.2018
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Evaluierung deutscher Fließgewässerrenaturierungen (2015)
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Landnutzung und Landschaftswasserhaushalt
Oberflächenabfluss
& Erosion
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Erosion
Bodenverlust: bis zu 420 t/a*ha
Ø = 4 t/a*ha = 400 t/a*km2
10 – 20 % erreichen Gewässer
4
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Erosion
3 Eimer
Wald: 0,1 t/a*ha
Felder und Weinberge: bis zu 420 t/a*ha (Ø = 400 t/a*km2)
10–20 % (= 40–80 t/a*km2)
erreichen die Gewässer
14 x 30-t-LKW
5
www.groundwaterecology.de Die Hyporheische Zone
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Erste Untersuchungen - Ergebnisse (2017-2018)
Zwei räumliche Ebenen
- Regional : 50 WRRL-Standorte
„Besteht ein Zusammenhang zwischen Allgemeiner
Degradation und Kolmation?“
- Standörtlich: 4 Abschnitte (Kiesbänke) an zwei Bächen
„Wird die Interstitialfauna durch Kolmation beeinflusst?“
„Vergleichende ökologische Untersuchungen zur quantitativen Gefördert von
Bestimmung der Kolmation von Fließgewässersedimenten mit
dem Kolmameter nach Hahn & Zumbroich mit Vorschlägen für
eine Verfahrensanweisung“
7
Regional: 50 WRRL-Standorte
Deutschlandkarte mit Kringel um Standorte
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„Besteht ein Zusammenhang zwischen
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Allgemeiner Degradation und Kolmation?“
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Regional: 50 WRRL-Standorte: 10 Messungen/Abschnitt
Standort Bröhl 4
Site Colmation PERLODES PERLODES Morphological General
class general eceological sructure of the morphological
degradation status class streambed sructure
Bröl_4 2 2 2 1 2
Source: Thurmann et al. 2017 9
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Klassifikation der Abflussreduktion (Labor)
Je stärker die Abflussreduktion, desto stärker die Komation
Source: Thurmann et al. 2017 10Colmation
class
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Kolmametertests an 50 WRRL-Standorten
Vergleich Makroininvertebraten & Kolmationsgrad
5
5
4
4
3 3
2 2
1
1
0 n=25 n=17 n=8 n=22 n=13 n=6
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
Kolmameterklasse Kolmameterklasse
Je höher die Abflussreduktion, desto stärker die Kolmation und
desto schlechter die Allgemeine Degradation und der Ökologische
Signifikante Korrelationen zwischen Kolmation & WRRL-Bewertung
11Standörtlich: 4 Bachabschnitte (Kiesbänke)
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Kolmation & Interstitialfauna
„Wird die Interstitialfauna durch Kolmation beeinflusst?“
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Reichenbach Alsenz
- 4 Bachabschnitte (Kiesbänke)
- je 10 Kolmationsmessungen
- je 10 Interstitialproben14
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Colmation
class
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Kolmation & Interstitialfauna
Shannon Diversität
400
Shannon Diversität
3
300
A 2
200 1
100 0
1 2 3 4 5
S
S Kolmameterklasse
Kolmationsstufe
0
n=3 n=18 n=8 n=3 n=9
1 2 3 4 5
Kolmameterklasse
Je stärker die Kolmation, desto niedriger Abundanz und Diversität!
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Spearman-Korrelations zwischen Abflussreduktion & Fauna
Bioturbators %
Crustaceans & EPT
No. Taxa
Individuals
-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8
colmation class (3 classes) colmation class (5 classes) flow reduction
*Bioturbators include Oligochaeta, Nematoda, Chironomidae)
*41 sampling sites
Starke Korrelationen zwischen Abflussreduktion und InterstitialfaunaColmation
class
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Biological assessment of colmation
Kolmationsschwellenwerte: Gemeinschaften
Kolmationsschwellenwerte und
Umschlagpunkte: Arten
Abflussreduktion [%]
Abflussreduktion [ %] TITAN analysis
Abflussreduktion [%] TITAN analysis
Die Gemeinschaften kippen bei einer Abflussreduktion > 25 %
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Zusammenfassung:
• Das Komameter misst Abflussreduktion (Luft vs. Sediment)
• Quantitative Kolmameterdaten Korrelieren mit HZ-Fauna und MZB
• Zusammenhang zwischen Kolmationsgrad und WRRL-Bewertung
Schlussfolgerung:
• Kolmation ist ein Hauptgrund, warum die meisten Fließgewässer den Guten
Ökolog. Zustand verfehlen
• Interstitialfauna ist ein potentieller Indikator der Sedimentverhältnisse
• Gewässerrenaturierung muss EZG berücksichtigen (Landnutzung & Erosion)
„Erfolgreiches Sedimentmanagement erfordert Gefördert durch
konsequente EZG-Bewirtschaftung
19www.groundwaterecology.de Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) WRRL – Wie wird die Kolmation zum Thema? - Novelle der WRRL ? - Anpassung der WRRL-Anhänge? - über die Bewirtschaftungspläne (3. Zyklus 2021-2027)? - Über spezielle Bewirtschaftungspläne? - Weiteres? WRRL /Anforderungen - Wissenschaftliche Grundlagen - Bewertungsansätze - „Politischer Rückenwind“ (EEB/NGOs, Politiker) - Weiteres ? 20
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Issues/Questions 1
Methods/Technical questions
- Influence of hydraulic head and water level
- How many measurements are required (per site & per year)?
- Can lab-values be transfered to the field?
- Measuring of pollutants (in the water or the in sediements?)
Local scale
- Interstitial fauna: Role of colmation/other stressors?
- Dynamic and spatial distribution of colmation (horizontal and
vertical)
- Effects of renaturation on colmation
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Issues/Questions 2
Catchment scale
- Correlations between landuse, run-off, erosion and
colmation, respectively
- Modeling catchment conditions and fauna?
Landscape scale
- Regional stream references with respect to sediments,
colmation and interstitial fauna
Assessing colmation
- Quantitative measurement or bioindication?
- Are there indicator taxa?
- Faunistically based colmation index?
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Colmation & interstitial fauna
40
20
30
S
20
10 A
10
S
S
0 0
n=3 n=18 n=8 n=3 n=9 n=3 n=18 n=8 n=3 n=9
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
colmation class colmation class
The stronger colmation the lower faunal abundance!
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100,0
EPT & Crustacea
Bioturbators
75,00
50,00
25,00
0,00 n=3 n=3 n=17 n=17 n=7 n=7 n=3 n=3 n=2 n=2
1 2 3 4 5
Colmation class
The stronger colmation the more bioturbators and the less EPT & crustaceans!www.groundwaterecology.de
Kolmameter tests at 50 WFD-monitoring sites
Comparing the class of the morphological structure & the degree of colmation
A
6 6
A
A
4 4
2 2
n=25 n=17 n=8 n=25 n=17 n=8
0 0
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
Kolmameter class Kolmameter class
The stronger outflow reduction the stronger colmation
and the worse stream morphology!
25www.groundwaterecology.de
Outflow reduction tested for different subsamples referring to substrate types (EU-WFD)
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
allgm. Degradation ökol. Zustandsklasse GSK Sohle (neu) GSK ges. (neu)
Strength of significant correlationswww.groundwaterecology.de
Kolmametermessungen an 50 WRRL-Standorten
Korrelationen:
Korrelation: Abfussreduktion Kolmations- allgm. ökol.
Spearman-Rho (MW) stufe Degradation Zustandsklasse
allgm. Degradation ,381(**) ,446(**) 1 ,974(**)
0,006 0,001 . 0
50 50 50 41
ökol. Zustandsklasse ,381(*) ,450(**) ,974(**) 1
0,014 0,003 0 .
41 41 41 41
GSK (Sohle) ,585(**) ,593(**) ,371(**) ,445(**)
0 0 0,008 0,004
50 50 50 41
GSK (gesamt) ,378(**) ,329(*) ,292(*) ,400(*)
0,008 0,022 0,044 0,012
48 48 48 39
27www.groundwaterecology.de
Kolmametermessungen an 41 Probestellen
Korrelationen mit der Interstitialfauna
Korrelation: Spearman- Kolmationsstufe Abflussreduktion Kolmationsstufe
Rho in % (3-stufig)
Anteile Crustacea in % -0,314 -0,401(*) -0,441(*)
0,08 0,023 0,011
32 32 32
Anteile Feinsediment-
bewohner % 0,291 0,380(*) 0,444(*)
0,106 0,032 0,011
32 32 32
Tierzahl -0,610(**) -0,592(**) -0,617(**)
0 0 0
41 41 41
Taxazahl -0,709(**) -0,679(**) -0,678(**)
0 0 0
41 41 41
Gammaridae -0,674(**) -0,648(**) -0,660(**)
0 0 0
41 41 41
Harpacticoida -0,585(**) -0,557(**) -0,532(**)
0 0 0
41 41 41
28www.groundwaterecology.de
• 970 Mio t/a Boden erodieren in Europa
größter Teil der Feinsedimente &
Schmutzpartikel in Fließgewässer
eingetragen
- 29
29
Heinz 2009
-Anteile Oligochaeta, Nema toda, Chironomida e in %
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75 ,0 0
50 ,0 0
25 ,0 0
0,00 n=3 n=18 n=8 n=1 n=2
1 2 3 4 5
Abflussreduktions lasse nach Thurm ann
30400
300
A
200
100
S
S
0
n=3 n=18 n=8 n=3 n=9
1 2 3 4 5
Kolmationsstufe
75
50
25
n=3 n=18 n=8 n=1 n=2
0
1 2 3 4 5
Kolmationsstufe
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Abflussverhalten & Erosion: Besiedlung
Heinz 2009
32www.groundwaterecology.de
Abflussverhalten und Erosion: Sedimente
Befund:
• starke innere Kolmation
Heinz 2009 33www.groundwaterecology.de
Erste Ergebnisse
Interstitialfauna
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