SEDYN-X - Interdisziplinäre Untersuchung von Sedimentströmen im Johnsbachtal

Sedimenttransport in Flusssystemen stellt ein wiederkehrendes Problem für geomorphologische Sedimentstrom- Analysen, Naturgefahren-Bewertung, Flussökologie und Flussbau dar. Jede dieser Disziplinen hat eigene Werkzeuge und Modelle zur Erfassung von Sedimenthaushalten, aber für dieses komplexe Thema wäre eine interdisziplinäre Kooperation weitaus zielführender. In unserem geplanten Projekt versuchen wir diesen Ansatz umzusetzen. Unser Ziel ist, in einer engen Zusammenarbeit zwischen Geomorphologie (Institut für Geographie und Raumforschung, Universität Graz) und Flussbau (Department Wasser-Atmosphäre-Umwelt, Universität für Bodenkultur, Wien), Sedimentmanagement-Strategien für das Johnsbachtal-Einzugsgebiet, das auch Teilgebiet des Nationalpark Gesäuse ist, zu entwickeln. Ein Teil des Johnsbachs wurde, unter Aufwendung von hohen Kosten, in den letzten Jahren renaturiert. Jedoch sind die gewünschten Effekte dieser Maßnahmen, Habitatsverbesserung etc., aufgrund eines zu niedrigen Sedimenteintrags gefährdet. Das Sedyn-X Projekt wird den Sedimenthaushalt des Johnsbachtals in einer integrativen Weise untersuchen. Die Methoden beinhalten (1) geomorphologische Kartierungen und Airborne Laserscan (ALS)-Auswertungen um ein konzeptionelles Modell der vorherrschenden Sediment-Kaskaden zu erzeugen, (2) Quantifizierung wichtiger geomorphologischer Prozesse unter Verwendung von wiederholten Terrestrial Laser Scan(TLS)-Vermessungen und anderer Techniken, und die Erfassung des System internen Sedimentspeichervolumens, (3) Quantifizierung des Geschiebetransports im Flusssystem mit Hilfe von verschiedenen Methoden der Geschiebeprobenentnahme und (4), die Ausarbeitung von möglichen Maßnahmen und zukünftigen Sedimentmanagement-Strategien, vor allem auch unter dem Gesichtspunkt des fortschreitenden Klimawandels. Die Arbeitspakete 1 und 2 werden hauptsächlich von den Geographen-, Nr. 3 vorrangig von den Flussbau-Ingenieuren (auch wenn die Arbeitspakete sich überlappen) bearbeitet. Hingegen wird die Entwicklung von Managementstrategien nur unter der Voraussetzung einer engen Zusammenarbeit - und unter der Einbeziehung von lokalen Experten - zu bewerkstellige sein. Durch unseren neuartigen interdisziplinären Zugang wollen wir Zukunftsstrategien für das Flussmanagement in der Projektregion Johnsbachtal erarbeiten. Besonders auch unter Beachtung der verschiedenen Interessen der lokalen Akteure wie Nationalpark, Kraftwerksbetreiber und Straßenerhaltungsdienst. Gleichzeitig soll das Projekt aber auch als Leitfaden für die Bewältigung ähnlicher Probleme in anderen Regionen dienen.

Unsere Projektergebnisse zeigen, dass im Untersuchungsgebiet Johnsbachtal (Steiermark) durch den Rückgang der menschlichen Einflussnahme die Sedimentfracht in Zukunft zunehmen wird. Geschiebetransport in Flüssen ist von großer Wichtigkeit für nachhaltiges Flussmanagement und Flussökologie und erfolgreiche Renaturierungsmaßnahmen erfordern ausreichenden Sedimenttrieb. Im SEDYN-X Projekt wurde die Expertise von Geomorphologen und Flussbauingenieuren kombiniert, um die Materialverlagerungen im Einzugsgebiet sowie den Einfluss von Klimaveränderung und menschgemachten Störungen auf die Sedimentfracht zu erfassen. Damit sollen Basisdaten für ein erfolgreiches Sedimentmanagement bereitgestellt werden. Es kamen unter anderem wiederholte Laserscans und Luftbildauswertungen (zurückreichend bis 1954) zur Beobachtung von Oberflächenveränderungen zum Einsatz, sowie eine Sohlfracht-Messstation nahe der Mündung des Johnsbachs in die Enns. Diese Station besteht aus einer mit Geophonen ausgestatteten Metallschwelle sowie einer Sedimentfalle. Der modifizierte Messaufbau ohne Störung für die Aquafauna wurde speziell für alpine Wildbäche entwickelt. Sohlfrachtmessungen über drei Jahre zeigen, dass die Transportmenge nicht nur vom Abfluss, sondern auch von der Sedimentverfügbarkeit abhängig ist. So kommt es z.B. zwischen Frühjahr und Sommer während einzelner Ereignisse zu verschiedenen Transportraten trotz ähnlicher Abflüsse. Die höchsten Geschiebemengen wurden im Juli 2016 registriert (42% der Jahressumme). Das Material stammt vor allem aus Erosionsanschnitten nahe dem Talgrund und aus einigen der steilen Seitengräben; die Mobilisierung findet vor allem während Starkregen im Sommer statt. Die Seitengräben liefen sehr verschiedene Sedimentmengen in den Johnsbach (zwischen 0 und ca. 2000 m pro Jahr). Die ermittelten Massenströme im Einzugsgebiet wurden zu einem Modell des Sedimentbudgets zusammengesetzt, das mit dem gemessenen Austrag gut übereinstimmt. Zwei wichtige Seitengräben sind aktuell vom Hauptbach getrennt bzw. nicht voll angekoppelt. Dies ist auf den jahrzehntelang betriebenen Schotterabbau zurückzuführen, der erst einige Jahre nach der Gründung des Nationalparks Gesäuse beendet wurde. Die wiederholten Laserscans erlauben eine Abschätzung, wie lange es dauern wird bis die entstandenen Senken aufgefüllt sind. Wir rechnen damit, dass in 10-20 Jahren wieder eine vollständige Anbindung an den Johnsbach erreicht sein wird, was den Sedimenttransport im Bach erheblich erhöhen wird. Dies ist im Sinne der Wiederherstellung eines naturnahen Gewässerzustands als positiv zu werten, kann jedoch potenziell zu Managementproblemen in flussabwärts gelegenen Wasserkraftwerken führen.