Die Wirkung des Europäischen Bibers (Castor fiber) auf den natürlichen Wasserrückhalt an ausgewählten Fließgewässern Bayerns

Abstract

Zur hydraulischen und hydrologischen Wirkung von Biberdämmen bei Hochwasserereignissen gibt es in Europa nur wenige aktuelle Untersuchungen. Ziel dieses Forschungsprojekts war es, in Verbindung mit dem Projekt "Prozessbasierte Modellierung natürlicher wie Dezentraler Hochwasserrückhaltemaßnahmen zur Analyse der ereignis- und gebietsabhängigen Wirksamkeit" (ProNaHo) der TU München diese Fragestellung zu untersuchen. Dazu galt es bayernweit in verschiedenen Naturräumen die Anzahl und Verteilung von Biberdämmen zu erfassen und nach relevanten Parametern zu typisieren. Dabei zeigte sich, dass Biber nur an kleinen Fließgewässern Dämme bauen, die meist weniger als 6m breit, unter 70cm tief sind und mindestens einen Gehölzsaum aufweisen. Je nach Topographie und Geländeneigung entstehen Dammkasaden. Das durch die Dämme zurück gehaltene Sedimentvolumen schwankte in Abhängigkeit der Fläche der Biberteiche zwischen 42 m3 bis 3858 m3. Vor allem der Freibord in Verbindung mit der Biberteichgröße, entscheidet darüber, wie viel der anströmenden Wassermenge aufgenommen und zurück gehalten wird. Aufgrund der in diesem Projekt ermittelten Grundlagen erfolgt im zweiten Schritt die Modellierung. Die Standfestigkeit der stabilsten Dämme im Bayerischen Wald lag bei bis zu 10 Jährigen Hochwasserereignissen (HQ10).


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Abb. 1: Darstellung der drei Hauptmodule und die dazu gehörigen Teilprojekte
Abb. 2: Luftaufnahme eines Biberdamms mit Staubereich im Bereich der Mündung der Dorfen in die Isar. Im flachen Gelände entstehen große Teiche. Dass das Wasser auch vor dem Damm noch fließt, erkennt man an der submersen Vegetation.

Hintergrund des Projektes

Nach März 1988, Pfingsten 1999, dem August 2002 und 2005 trat im Juni 2013 das fünfte außergewöhnliche Hochwasserereignis in Bayern innerhalb eines verhältnismäßig kurzen Zeitraums auf. Die bayerische Staatsregierung beschloss daraufhin die Anstrengungen im Hochwasserschutz zu verstärken. Neben dem "Technischen Hochwasserschutz" und der "Hochwasservorsorge", gilt in diesem Zusammenhang auch dem "Natürlichen Rückhalt" besondere Aufmerksamkeit. Im Rahmen wissenschaftlicher Begleituntersuchungen sollten Wirksamkeitsabschätzungen auch für den natürlichen Wasserrückhalt durch Biberdämme stattfinden. Im Zuge dieser Maßnahmen wurde dieses Projekt an die HSWT vergeben.

Bayern ist heute wieder weitgehend vom Biber besiedelt. Dabei weisen rund 30-40 % der Reviere Dämme auf. Diese Dämme haben einen hohen Stellwert für den Naturschutz, weisen aber auch eines hohes Konfliktpotenzial. Gerade unter hydraulischen und hydrologischen Aspekten gab es bislang wenig belastbare Informationen zur Bewertung und Modellierung im Hochwasserfall. Mit einer bayernweiten Umfrage wurden Daten aus 91 Fragebögen generiert, 8 Untersuchungsgebiete mit 11 Revieren und bis zu 51 Dämmen näher analysiert und Daten von 442 Biberrevieren in Unterfranken (Modellkartierung) ausgewertet. Aus diesen Informationen entstand eine Typisierung von Biberdämmen.

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Abb. 3: Die Relation von Dammzahl und Revierzahl zeigt nicht nur einen absoluten sondern auch einen relativen Anstieg der Dammzahl am Beispiel Unterfrankens (Daten Regierung von Unterfranken).
Abb. 4: Entscheidungsbaum für die Typisierung von Dammstandorten auf verschiedenen Skalenebenen: Level I (Landschaftsebene) und II (lokale Ebene). Darüber lassen sich Wahrscheinlichkeiten einer Dammbauaktivität abschätzen.

Wo entstehen Biberdämme?

Es sind kleine Fließgewässer, mit Gehölzsaum oder angrenzenden Waldbeständen, in der Regel weniger als 70 cm tief und weniger als 10 m breit, wo Biberdämme entstehen. Insgesamt werden Dämme nur in nicht zu steilem Gelände errichtet. Bei über 7% Gefälle finden sich in aller Regel keine Dämme mehr. Dabei werden im Durchschnitt Kaskaden von drei bis sechs im Extremfall bis zu 23 Dämme angelegt. Tendenziell werden in steilerem Gelände mehr Dämme unterhalten, als in flachem Terrain. Dort ist aber die Staufläche entsprechend größer.

Die mittlere Länge der Dammserie beträgt 360m, sowie eine Rückstaustrecke von bis zu 100m am ersten Damm. Es entstehen dabei Wasserflächen von wenigen hundert Quadratmetern bis zu mehreren Hektar und Sedimentfallen von bis zu 0,6 m3 pro Quadratmeter und Biberteich. Mit ansteigenden der Biberpopulation steigt auch die Zahl der Dämme. Dass dies nicht nur proportional stattfindet, zeigt das Beispiel Unterfrankens. Sind günstigsten Reviere besetzt, dann führt der Populationsdruck dazu, dass marginalere (kleinere) Gewässer besiedelt werden, die ohne Dammbauten für den Biber nicht bewohnbar wären. So entstehen Dämme vor allem in Kleingewässern und in Oberläufen.

Ergebnisse

Die potentielle Wirkung von Biberdämmen auf den Hochwasserabfluss wird durch die Verringerung der Fließgeschwindigkeit, die durch das Freibord zurückgehaltene Wassermenge sowie längerfristig von der Dammstabilität bestimmt.

Die Verringerung der Fließgeschwindigkeit kann im Wesentlichen auf zwei Faktoren zurückgeführt werden, a) die Stauwirkung des Biberdamms und b) die Änderung der Laufform von einem gestreckten zu einem mehrarmigen furkationsähnlichen Typ sowie die Entstehung von effluenten Verhältnissen (Speisung des Grundwasser aus dem Oberflächenwasser). Die Stauwirkung des Dammes selbst wird durch den Dammtyp also durch dessen Ausdehnung und durch dessen Durchlässigkeit bestimmt, die besonders vom verbauten Material und Alter abhängt. In einer flächendeckenden Strömungsmessung im Anströmungsbereich eines Biberdammes konnte gezeigt werden, dass dessen Durchlässigkeit räumlich stark schwankt.

Biberteiche stellen erhebliche Sedimentfallen dar. So wurden Sedimentmächtigkeiten von bis zu 110 cm und Sedimentvolumen von bis zu 3860 m3 gefunden. Die Eigenschaften der Sedimente hinsichtlich der Korngrößenzusammensetzung und Mächtigkeit zeigen jedoch uneinheitliche Muster auf. Diese werden vermutlich durch die Dynamik im Oberlauf, Sedimentangebot sowie hydrodynamische Prozesse im Biberteich aufgrund der Größe und Form verursacht. Dadurch findet sich in allen Biberteichen eine große Vielfalt der Sedimentausprägung und der daraus ableitbaren Lebensbedingungen für benthische Gemeinschaften (Choritope). Die Festlegung der Sedimente ist permanent solange die Dämme intakt sind und ihre stark mindernde Wirkung auf die Fließgeschwindigkeit ausüben. Im Falle eines Dammbruches oder der Beseitigung des Damms ist mit einer zumindest teilweisen Remobilisierung der abgesetzten Sedimente zu rechnen.

Das Freibord (nicht mit Wasser gefüllter Bereich bis zur Dammkrone) bestimmt letztlich das zur Verfügung stehende rückhaltbare Wasservolumen und lag über alle vermessene Dämme bei 0-45 cm (Durchschnitt 9 cm). Das durch das Freibord bedingte Speichervolumen und der dadurch bedingte hochwasserdämpfende Effekt im Einzugsgebiet hängt schließlich von der Topographie ab und ist u.a. Gegenstand der Modellierung, die durch das ProNaHo Projekt der Hydrologie der TU München erfolgt.

Bei der Frage bis zu welchen Hochwasserereignissen Biberdämme standhalten, zeigte sich Beispielsweise im Bayerischen Wald, dass bis zu 10 Jährigen Hochwasserereignissen getrotzt wurden (HQ10).

Publikationen

Kaphegyi, T.; Christoffers,, Y.; Schwab, S.; Zahner, V.; Konold, W. (2015): Media portrayal of beaver (Castor fiber) related conflicts as an indicator of changes in EU-policies relevant to freshwater conservation. Land Use Policy 47, S.468-472. DOI: 10.1016/j.landusepol.2015.04.014
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In many European countries, the condition of the majority of waters still does not meet advanced ecological standards. In this context, conservation of riparian habitats is of particular importance. A recently increasing demand for cultivable land led to changes in the EU's subsidy policies. We argue that these changes to land use policies can affect aquatic–terrestrial intersections. We used media reporting on beaver-related aspects as a parameter for conflict potentials within riparian habitats. We detected a considerable increase in conflicts occurring concurrently with the re-intensification of agricultural land use. Our results provide cause for concern that recent tendencies in land use in the EU might have destructive impacts on freshwater ecosystems.