Sedimentdurchgängigkeit

Gemäß Anhang V der WRRL wird unter Sedimentdurchgängigkeit ein gewässertypspezifischer Transport von Geschiebe und Schwebstoffen (Sediment) verstanden.

Bei einer ungestörten Sedimentdurchgängigkeit können natürliche Habitate ausgebildet werden als Grundlage der gewässertypspezifischen Biozönosen.

Der natürliche Transport kann anthropogen überprägt sein durch Eingriffe direkt im Gewässer, wie z. B. Be- und Entwässerungsmaßnahmen, Wasserförderungen, Wassereinleitungen sowie Querbauwerke, aber auch durch Veränderungen im Umfeld bzw. Einzugsgebiet, wie z. B. fehlende Gewässerrandstreifen in landwirtschaftlichen Flächen.

Der Sedimenttransport kann verlangsamt sein, was sich im Gewässer z. B. in Form von Kolmatierung oder Verlandung zeigt. Dagegen sind z. B. Uferabbrüche oder Tiefenerosionen Zeichen eines beschleunigten Sedimenttransportes (Abb. 1).

Abbildung 1: Kolmatierung (links), Uferabbruch (rechts) (Fotos: T. Pottgiesser).

Die Bewertung der Sedimentdurchgängigkeit wird im Anwenderhandbuch „Bewertung der Durchgängigkeit von Fließgewässern für Sedimente – Verfahrensempfehlung“ (DHI WASY & Ingenieurbüro Floecksmühle 2019) beschrieben.

Das Verfahren bewertet die Sedimentdurchgängigkeit für den Hauptlauf natürlicher und erheblich veränderter Fließgewässer anhand vorhandener Daten (Grundlageninformationen zum Gewässer, Monitoringdaten zum Sedimenthaushalt, Daten der Gewässerstrukturkartierung und zu den Querbauwerken) in drei räumlichen Skalen (Abb. 2):

• für den Querbauwerksstandort
• für den Wasserkörper
• für den Wasserkörper im Zusammenhang des Gewässersystems

Die einzelnen Bewertungsschritte im Verfahren werden als „Stufen“ bezeichnet. Aufgrund der unterschiedlichen Datenverfügbarkeit wird zwischen obligaten Bewertungsschritten und detaillierteren, optionale Bewertungsschritten unterschieden (Abb. 2).

Abbildung 2: Bewertungsmethodik der Sedimentdurchgängigkeit für Querbauwerksstandorte (oben links), für Wasserkörper (oben rechts) und für Wasserkörper im Gewässersystem (unten) (Donner & Linnenweber 2021).

Bewertung am Standort

In der Stufe 1 wird geprüft, ob überhaupt ein Querbauwerk vorhanden ist.

Ist dies der Fall, so erfolgt die Bewertung der Sedimentdurchgängigkeit am Querbauwerksstandort anhand des Querbauwerkstyps (Stufe 2). Für jeden Bauwerkstyp liegt für seine Wirkung auf den Geschiebetransport, den Schwebstofftransport und die morphologische Entwicklung jeweils ein Indexwert von 1 bis 5 vor (Abb. 3).

Abbildung 3: Beispiel zur Bewertung der Sedimentdurchgängigkeit von drei Bauwerkstypen (Donner & Linnenweber 2021).

Für jedes Bauwerk eines Querbauwerksstandortes werden die drei Indices arithmetisch gemittelt und gemäß Tabelle 1 in eine Bewertungsklasse überführt.

Tabelle 1: Bewertungsklassen.

Kommen an einem Standort mehrere Bauwerke vor, so wird zunächst jedes Bauwerk einzeln bewertet. Die Gesamtbewertung ergibt sich anschließend

• bei nebeneinanderliegenden Bauwerken als Mittelwert, der auch anhand der Abflussanteile bei mittlerem Abfluss (MQ) gewichtet werden kann und
• bei hintereinanderliegenden Bauwerken nach dem „Worst-Case“ Prinzip

Die Stufen 3 bis 5 sind (Abb. 2) optional und berücksichtigen Besonderheiten am Querbauwerksstandort, wie Sedimentumlagerungen bzw. Bauwerkssteuerung (Stufe 3), die Einstellung eines morphologischen Reifezustandes (Stufe 4) oder die das Verhältnis der aktuellen Breite des Oberwassers im Vergleich zur heutigen potentiell natürlichen Gewässerbreite (hpnG-Breite) (Stufe 5).

Bewertung im Wasserkörper

• In die Bewertung eines Wasserkörpers gehen vier Parameter ein:
• morphologische Bedingungen
• longitudinale Sedimentdurchgängigkeit
• Geschiebehaushalt / -transport
• Schwebstoff- / Feinsedimenthaushalt

Grundlage der morphologischen Bedingungen sind die Indices ausgewählter Einzelparameter der Gewässerstrukturkartierung für jeden Kartierabschnitt des Oberflächenwasserkörpers (OWK). Für jeden Einzelparameter wird der Mittelwert über alle Kartierabschnitte des OWK berechnet und in eine Bewertungsklasse überführt.

Abbildung 4: Gewichtete Verrechnung der Indices ausgewählter Einzelparameter der Gewässerstrukturkartierung zur Gesamtbewertung der morphologischen Bedingungen eines Wasserkörpers.

In die Gesamtbewertung der morphologischen Bedingungen gehen die Bewertungsklassen der jeweiligen Bewertungsklassen anteilsmäßig ein (Abbildung 4).

In die longitudinale Sedimentdurchgängigkeit geht die Bewertung der Querbauwerksstandorte im Wasserkörper ein. Zusätzlich werden die Dichte der Standorte und ihre Klassifikation in Bezug auf die sogenannte morphologische Wirklänge berücksichtigt.

Die morphologische Wirklänge ergibt sich direkt aus der Bewertungsklasse des einzelnen Querbauwerks und umfasst Wirklängen von 0 km (Klasse 1) bis 25 km (Klasse 5). Die Wirklängen werden so auf den Wasserkörper übertragen, dass der Querbauwerksstandort in ihrer Mitte liegt. Sollten mehrere Bauwerke hintereinander im Querbauwerksstandort vorliegen oder überschneiden sich Wirkbereiche, so wird in den Überschneidungsbereichen jeweils die schlechteste Bewertung berücksichtigt. Erstrecken sich Wirkbereiche rechnerisch über Wasserkörpergrenzen, werden sie entsprechend gekürzt (Abb. 5).

Abbildung 5: Beispiel für Wirklängen von Querbauwerken in einem Wasserkörper (Donner & Linnenweber 2021).

Die Gesamtbewertung für die longitudinale Sedimentdurchgängigkeit des Wasserkörpers ergibt sich als wirklängengewichtete Mittelwertbildung:

Index_LSDG = Index für longitudinale Sedimentdurchgängigkeit des Wasserkörpers
Index_QBW,i = Bewertungsindex für Querbauwerksstandort
Wirklänge_QBW,i = morphologische Wirklänge je nach Bewertungsindex für den Querbauwerksstandort
n = Anzahl der Bauwerke im Wasserkörper
Länge_WK = Länge des Wasserkörpers

In die Bewertung des Geschiebehaushalts (Stufe 3a) (Abb. 2) gehen die Indices ausgewählter geschieberelevante Einzelparameter der GSK (Besondere Laufstrukturen, Querbänke und Besondere Sohlstrukturen) für jeden Kartierabschnitt des OWK ein. Für jeden Einzelparameter wird der Mittelwert über alle Kartierabschnitte des OWK berechnet. Durch Mittelung der Summe der Mittelwerte der Einzelparameter wird erfolgt die Gesamtbewertung des Geschiebes.

In der optionalen Stufe 3b (Abb. 2) wird der vorherrschende Geschiebetransport mit dem potentiellen natürlichen Transport im Fließgewässer verglichen, entweder auf Grundlage von Langzeit-Messreihen zum Geschiebetransport oder aus für den jeweiligen Fließgewässertyp geeignete Transportformeln, deren Eignung sich aus dem Gültigkeitsbereich begrenzenden Korngrößen ergibt.

Werden die Stufen 3a und 3b bewertet, so gehen beide Ergebnisse anteilsmäßig in die Gesamtbewertung des Geschiebehaushalts / -transports ein.

Der obligaten Bewertung des Feinsedimenthaushalts (Stufe 4a) (Abb. 2) liegt das modifizierte Verfahren von Scheer et al. 2013 zu Grunde. Hierbei wird über die potentielle Wassererosionsgefährdung als Angaben zur potentiellen Erosionsgefährdung oder Daten zum jährlichen Abtrag durch Wasser der Eintrag von Feinsediment über das EZG eines Wasserkörpers in fünf Bewertungsklassen beurteilt. Die flächenbezogene Mittelung im Teileinzugsgebiet je Wasserkörper liefert die Gesamtbewertung.

In der optionalen Stufe 4b (Abb. 2) wird die Veränderung des Schwebstoffhaushaltes im Vergleich zum hpnG Schwebstoffhaushalt aktuelle v. a. für große Fließgewässer in Anlehnung an das Verfahren nach Rosenzweig et al. (2012) bewertet. Aus langjährigen Messwerten werden Schwebstoffkonzentrationen für den Zustand heute und den hpnG-Zustand abgeleitet und so die langjährige Veränderung in fünf Klassen bewertet.

Werden die Stufen 4a und 4b bewertet, so gehen beide Ergebnisse anteilsmäßig in die Gesamtbewertung des Feinsediment- / Schwebstoffhaushalts ein.

Für die Gesamtbewertung des Wasserkörpers werden die vier Bewertungsergebnisse der Stufen morphologische Bedingungen, longitudinale Sedimentdurchgängigkeit, Geschiebehaushalt / -transport und Schwebstoff- / Feinsedimenthaushalt arithmetisch gemittelt und gemäß Tabelle 1 in eine Klasse zur Bewertung der Sedimentdurchgängigkeit im Wasserkörper eingestuft.

Können ein oder mehrere Parameter nicht bewertet werden, so wird nur über die Anzahl der zur Verfügung stehenden Bewertungsergebnisse gemittelt.

Bewertung im Gewässersystem

Es erfolgt keine Bewertung ganzer Gewässersysteme, sondern lediglich eine Berücksichtigung der spezifischen Bedingungen eines Gewässersystems und seinen damit verbundenen Einflüssen auf die Bewertung des Wasserkörpers. Dabei gehen wasserkörperübergreifende Wirkungen wie Defizite im Oberwasser, Maßnahmen an Wasserkörpern und die Wirkung von künstlichen Seen auf- oder abwertend in die Bewertung des Wasserkörpers ein:

• Wasserkörper, die sich im Unterwasser von Wasserkörpern mit einer Bewertung von 4 oder 5 befinden, werden über ein Malussystem in Anlehnung an Quick et al. (2014) abgewertet. Dabei wird für die Klasse 4 eine Wirkung bis maximal 5 km und für die Klasse 5 eine Wirkung bis maximal 25 km, jeweils flussabwärts, betrachtet.
• Hydromorphologische Maßnahmen (exklusive Umgestaltung von Querbauwerken), wie z. B. jährliche Geschiebeumlagerungen im Rahmen eines Geschiebemanagements, Wiederanbindung von Nebenarmen und Auengewässern oder Rückdeichungen führen zu einer Aufwertung um eine Klasse.
• Wasserkörper unterhalb von künstlichen Seen werden in Abhängigkeit von der mittleren Verweilzeit (berechnet als Verhältnis von Seevolumen zu mittlerem Abfluss) ggf. als Sedimentfalle mit einem Malus abgewertet.