Hydrologie - dezentraler Hochwasserschutz
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Hochwasser in bewaldeten Einzugsgebieten –<br />
Eine Bestandsaufnahme<br />
Hermann - G. Mendel<br />
Es ist allgemeiner Wissensstand, dass (naturnaher) Wald Oberflächenabfluss und<br />
Hochwasser abmindert. Weniger bekannt sind dagegen die negativen Auswirkungen<br />
forstwirtschaftlicher Maßnahmen wie Wegebau und moderner Holzeinschlag auf die<br />
Höhe und die zeitliche Verteilung des Abflusses. Die Forstwirtschaft begegnet diesen<br />
Eingriffen in den Wasserhaushalt des Waldes mit zahlreichen Empfehlungen und<br />
Projekten. Die Wirkungsabschätzung von abflussverändernden Eingriffen in das<br />
Waldökosystem zählt zu den Aufgaben der forsthydrologischen Forschung.<br />
1. Hochwasser im Keuperbergland des oberen Neckars<br />
Der bewaldete Höhenzug des Rammert erstreckt sich von Tübingen in SW-Richtung<br />
zwischen Neckar und Steinlach bis Hechingen. Er zählt wie der Schönbuch zum in<br />
Südwestdeutschland weit verbreiteten Keuperbergland mit vergleichbaren Attributen<br />
hinsichtlich geologischem Aufbau, Relief, Höhenlage und Klima (EINSELE 1986).<br />
Einige dieser Eigenschaften wirken abflussbeschleunigend: Die geringe<br />
Sickerleistung der Mergel- und Sandsteinschichten, die hohe Reliefenergie (im<br />
Einzugsgebiet des Goldersbachs haben 39 % der Fläche eine Hangneigung von<br />
über 7°) sowie die verbreitet geringe Mächtigkeit des Deckschuttes und der<br />
Bodenauflage.<br />
Der Rammert wird nach NW zum<br />
Neckar entwässert, die beiden<br />
von Hochwasser betroffenen und<br />
zugleich größten Bäche des<br />
Rammert sind im Norden der<br />
Bühler Bach (zusammen mit dem<br />
Trautbach ca. 18 km 2 ) und im<br />
Süden der Katzenbach mit den<br />
Quellbächen Aischbach<br />
(Dettingen) und Krebsbach (je ca.<br />
18 km 2 ). Das Einzugsgebiet des<br />
Martinsbachs liegt zwischen<br />
Bühler Bach und Aischbach, es<br />
hat eine Fläche von 0,63 km 2 bis<br />
zum Pegel an der Kegelbrücke<br />
(97,1 % Wald) und von 0,84 km 2<br />
bis zur Einmündung in den<br />
Neckarzubringer Galgengraben<br />
(Abb. 1).<br />
Abb. 1: Modellierung des Martinsbach-Einzugsgebietes auf<br />
Grundlage eines laserscan basierten DHM. GIS<br />
Modellierung und Karte: R. WAGELAAR<br />
Die keineswegs seltenen dezentralen Hochwasser – auch in bewaldeten<br />
Einzugsgebieten – werden eher in den lokalen Medien als in der Fachliteratur<br />
3
dokumentiert; dies sind z. B. die Hochwasser der Oos (ob. Baden-Baden) vom 1.<br />
August 1851 und vom 29. Oktober 1998 sowie des Erbach (Kloster<br />
Eberbach/Rheingau) vom 26. April 2005. Aus Südwestdeutschland hat<br />
SCHWARZMANN (1952) einige extreme Hochwasser nach 1888 aufgelistet, u. a. die<br />
Flut an der Starzel am 16. Mai 1924 (Scheitelabfluss 15 m 3 /s). Der Wolkenbruch am<br />
7. September 1951 über dem Käsenbachgebiet (4 km 2 , südlicher Schönbuchrand)<br />
verursachte mit einer Regenhöhe von 95 mm beträchtliche Schäden (ELWERT<br />
1952). Noch in Erinnerung ist uns das Goldersbach-Hochwasser vom August 1987,<br />
es war Anlass für die Einrichtung eines radargestützten Warndienstes in Tübingen<br />
(EHRET 2003).<br />
Aktuellen Datums sind die Rammert-Hochwasser der Sommermonate 2002 und<br />
2003. Am 14. Juni 2003 ereignete sich die größte Flut des Bühler Bachs seit<br />
Menschengedenken, ihr Scheitelabfluss kann auf ca. 30 m 3 /s geschätzt werden.<br />
Allein in Bühl belief sich der Sachschaden auf 750.000 €. Geringer war der Schaden<br />
in Bühl und in Dettingen am 31. Juli 2002 sowie am 10./11. und 26. August 2002.<br />
Im Einzugsgebiet des Martinsbachs hat der Oberflächenabfluss bei jedem<br />
Starkregenereignis auf den steileren Wegen und im angrenzenden Gelände<br />
Erosionsrinnen von teilweise über 50 cm Tiefe verursachte, und viele Dolen waren<br />
verstopft (Durchmesser 30 cm).<br />
Die vom Sturm Lothar verursachten Schäden werden in der öffentlichen Diskussion<br />
für das Ausmaß der Rammerthochwasser mitverantwortlich gemacht. Wird der<br />
betroffene Wald naturnah bewirtschaftet? Könnte naturnaher Wald überhaupt<br />
derartigen Stürmen widerstehen und derartige Hochwasser mindern? Unbeantwortet<br />
blieben auch die Fragen, ob ein Zusammenhang zwischen Klimawandel und<br />
Hochwasserhäufigkeit besteht und in welchem Maß die schädlichen Immissionen von<br />
heute den Waldboden bereits degradiert haben.<br />
2. Wald verbraucht Wasser und mindert Hochwasser –<br />
sein nutzbares Wasserdargebot<br />
2.1 Ein Blick in die Vergangenheit<br />
Einen ersten Hinweis auf den Zusammenhang Wald und Hochwasser liefern uns<br />
Analysen von Auenterrassen, z. B. die Kohlenstoff-14-Methode, Pollenanalysen,<br />
Jahresringe eingelagerter fossiler Baumstämme oder archäologische Fundstücke.<br />
Aus diesen Untersuchungen wird auch geschlossen, dass die ältesten aus<br />
menschlichen Aktivitäten stammenden Ablagerungen in Europa weiter als 7000<br />
Jahre zurückreichen, also bis vor die Jungsteinzeit, in der erste Siedlungen<br />
entstanden (GERLACH & RADTKE 1997, BORK et al. 1998). Demzufolge hatten<br />
Hochwasser lange ein nur geringes Ausmaß, und sie transportierten wenig<br />
Erosionsmaterial. Erst seit der Eisenzeit sind weiter ausgreifende und mächtige<br />
Überschwemmungen belegt; die Ablagerungen deuten auf vermehrten Bodenabtrag<br />
durch zunehmende Rodung der Wälder hin.<br />
Der verbliebene Waldanteil war im Hoch- und Spätmittelalter auf einen Bruchteil<br />
seiner heutigen und erst recht seiner ursprünglichen Ausdehnung geschrumpft. Ob<br />
das Ausmaß der verheerenden Flutkatastrophe vom Sommer 1342 ursächlich damit<br />
in Zusammenhang gebracht werden kann, ist nach dem gegenwärtigen<br />
Kenntnisstand nur zu vermuten, aber nicht zu belegen. Hingegen besteht Konsens<br />
darüber, dass diese Sintflut ungeheure Bodenumlagerungen verursacht hat, und<br />
dass sie sich in einer Zeit größter agrarischer Nutzung und Flächeninanspruchnahme<br />
ereignete (WITTE et al. 1995, BORK et al. 1998, SAUER 1999). Für Teile der<br />
4
Ostsudeten (Hruby Jesenik) haben KLIMEK & LATOCHA (2005) die Hangerosion<br />
und die Ablagerung in den Flusstälern als eine Folge der Entwaldung während des<br />
Mittelalters dokumentiert.<br />
Zu Anfang des 19. Jahrhunderts erreichte der Wald in Mitteleuropa näherungsweise<br />
seine heutige Ausdehnung. Er stockt oft auf landwirtschaftlich ertragsarmen oder im<br />
Mittelalter übernutzten skelettarmen und flachgründigen Böden sowie in Steil- und<br />
Hochlagen. Beispielsweise liegt in Hessen das Bewaldungsprozent (Waldanteil,<br />
Waldflächenanteil, Flächenanteil des Waldes an der Landschaft) unter 100 m NN bei<br />
22 %, über 700 m NN aber bei 80 % (BALÀZS & BRECHTEL 1974).<br />
Solche Standorteigenschaften wirken sich negativ auch auf den Wasserkreislauf aus.<br />
Dennoch beherrschen Waldböden nur in Ausnahmefällen den Abfluss schlechter als<br />
andere vegetationsbedeckte Böden (GERMANN 1994). Das beobachteten z. B.<br />
MÜLLER & MOLDENHAUER (2005) in einem Einzugsgebiet mit Koniferen-<br />
Monokultur auf Feuchtstandorten.<br />
In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts erschienen die ersten wissenschaftlichen<br />
Abhandlungen über einzelne Phasen des Wasserkreislaufs wie Freiland- und<br />
Bestandesniederschlag, Interzeption, Verdunstung, Stammablauf,<br />
Oberflächenabfluss, Infiltration, Bodenfeuchte und Erosion. Mit diesem<br />
Handwerkszeug war die Basis geschaffen für eine systematische quantitative<br />
Bearbeitung der anstehenden und bis dahin eher weltanschaulich diskutierten<br />
Fragen nach der Bedeutung des Waldes für das Wasserdargebot.<br />
Erste konkrete Aussagen zur Hochwasserminderung von Wald und zur<br />
Hochwasserverschärfung durch Forststraßen und Entwässerungsgräben stammen<br />
von ENGLER (1919), BATES & HENRY (1928), BURGER (1937,1943) und VALEK<br />
(1959), sie sind in Abbildung 2 zusammengefasst.<br />
5
Frühe Aussagen zur Hochwasserrelevanz von Wald und Forststraßen<br />
Autoren Wald Forststraßen<br />
ENGLER (1919)<br />
BATES & HENRY<br />
(1928)<br />
BURGER (1937)<br />
BURGER (1943)<br />
Hochwasserscheitel im bewaldeten<br />
Sperbelgraben 30 bis 50 % niedriger<br />
Scheitel der Frühjahrshochwasser im<br />
kahlgeschlagenen Experimentalgebiet ca. 40 %<br />
höher<br />
-<br />
Scheitelabflusspende bei zwei Gewitterregen im<br />
bewaldeten Sperbelgraben 1,8 bzw. 2,4fach<br />
geringer<br />
VALEK (1959) Scheitelabflusspende eines Nachmittagregens<br />
im Waldgebiet 0,35 m 3 /(s*km 2 ), im<br />
landwirtschaftlich genutzten Vergleichsgebiet<br />
2,02 m 3 /(s*km 2 )<br />
-<br />
Abbildung 2: Frühe Aussagen zur Hochwasserrelevanz von Wald und Forststraßen<br />
Im Gefolge dreier<br />
Gewitterregen lieferten die<br />
Wege (3,8 % Flächenanteil)<br />
12 bis 43 % der Flutwelle<br />
-<br />
Entwässerungsgräben im<br />
Wald beschleunigen den<br />
Abfluss in den ersten 2 bis 3<br />
Jahren<br />
Im Jahre 1953 veranstaltete der Arbeitskreis „Wald und Wasser“ seine erste<br />
Aussprachetagung (FRIEDRICH 1954a). Dieser lose Zusammenschluss von<br />
Fachleuten der verschiedensten Wissenszweige, die an dem Thema Wald und<br />
Wasser interessiert sind, hat mit seinen Mitteilungen und Aussprachetagungen ganz<br />
wesentlich zur Verbreitung des forsthydrologischen Wissens im deutschsprachigen<br />
Raum beigetragen.<br />
2.2 Methoden forsthydrologischer Forschung<br />
2.2.1 Vergleichsexperimente zur Ermittlung des nutzbaren<br />
Wasserdargebots (Wasserertrag)<br />
Zu den Aufgaben der forsthydrologischen Forschung zählt die Untersuchung des<br />
Einflusses des Waldes auf die Höhe und die zeitliche Verteilung des Abflusses<br />
(BRECHTEL 1969). Dabei finden neben Versuchsflächenexperimenten und<br />
Simulationsverfahren (s. u.) mehrere Methoden des Einzugsgebietsvergleichs<br />
Anwendung.<br />
Als besonders erfolgreich hat sich die Methode des Parallelexperimentes (paired<br />
catchment experiment) herausgestellt, bei der der Abfluss zweier oder mehrerer<br />
Einzugsgebiete beobachtet wird, die sich möglichst nur in dem Merkmal<br />
Bewaldungsprozent unterscheiden. Handelt es sich um zwei zunächst bewaldete<br />
Einzugsgebiete, von denen eines durch waldbauliche Eingriffe – z. B. Kahlschlag –<br />
verändert wird (Experimentalgebiet) und das zweite unverändert bleibt (Kontroll-,<br />
Referenz- oder Standardgebiet), so bedarf es einer längeren Eichphase (Vorlaufzeit,<br />
Kalibrierungsphase).<br />
6<br />
-
Im Fall historisch unterschiedlich genutzter Einzugsgebiete – z. B.<br />
Grünland/Landwirtschaft bzw. Wald – entfällt zwar die Eichphase, der Einfluss<br />
weiterer Merkmale kann hier aber nicht ausgeschlossen werden.<br />
Beim Vorher-Nachher-Experiment eines einzelnen Einzugsgebietes (Einzel-<br />
Einzugsgebietsverfahren, single watershed experiment) ist eine vorausgehende<br />
regressionsanalytische Witterungseichung erforderlich.<br />
Inzwischen wurden weltweit mehr als 100 Vergleichsexperimente durchgeführt.<br />
Besondere Aufmerksamkeit erfuhren die amerikanischen Experimenten in Colorado<br />
(Wagon Wheel Gap, BATES & HENRY 1928) und in Nord Carolina (Coweeta, z. B.<br />
SWANK et al. 1988). HIBBERT (1967), BOSCH & HEWLETT (1982), HEWLETT<br />
(1982a), MEGAHAN (1987), ANDREASSIAN (2004) und JONES & POST (2004)<br />
haben die Ergebnisse dieser und weiterer Experimente zusammengefasst.<br />
Kommentare hierzu enthalten die Schriften von FÜHRER (1990), BURCH et al.<br />
(1996) und MOESCHKE (1998). Hieraus lässt sich entnehmen:<br />
- Wald verbraucht Wasser, er senkt den Gebietsabfluss. Ab einem bestimmten<br />
Einschlag-Flächenanteil, der zwischen 15 % und 20 % liegt, steigt das jährlich<br />
nutzbare Wasserdargebot etwa linear an, abhängig besonders von der<br />
Bestandesart, der örtlichen Verteilung des Waldes (LIU 1987) und den<br />
Klimaverhältnissen. Das durch Kahlschlag gewonnene Dargebot kann kurzzeitig<br />
350 mm/a erreichen (HORNBECK et al. 1993) und in niederschlagsreichen<br />
Regionen 600 mm/a übersteigen (BOSCH & HEWLETT 1982).<br />
- Wald mindert Hochwasser. Der Hochwasserscheitel des Experimentalgebietes<br />
(Kahlschlag/Einschlag) übersteigt fast immer denjenigen des bewaldeten<br />
Kontrollgebietes. Beispielsweise stieg der Wellenscheitel in einem kleinen<br />
kanadischen Einzugsgebiet um über 50 %, nachdem die Einschlagfläche von 45 %<br />
auf 85 % ausgedehnt wurde (GUILLEMETTE et al. 2005). Nach einer Faustregel<br />
der Verfasser dieser Arbeit bewirken 50 % Einschlagfläche 50 %<br />
Scheitelanhebung, und über dieser Grenze ist mit signifikanter Bacherosion zu<br />
rechnen. – In den eingesehenen Arbeiten streuen die relativen<br />
Scheitelaufhöhungen erheblich, die Spannweite erstreckt sich von – 5 % bis + 104<br />
%; einzelne Autoren melden noch höhere Werte.<br />
- Wald ist einer von mehreren Faktoren mit Wirkung auf den Niedrigwasserabfluss.<br />
Einige wenige Autoren interpretieren ihre Messungen dahingehend, dass Wald eine<br />
vorwiegend positive Wirkung auf den Niedrigwasserabfluss ausübt. Dies schloss<br />
BURGER (1943,1954) aus der Analyse der Trockenwetterauslauflinien zweier<br />
unterschiedlich bewaldeter Einzugsgebiete in der Schweiz, 3 bis 13 Tage nach<br />
Niederschlagsende lag die Abflusspende des bewaldeten Gebietes stets über der<br />
des nur teilbewaldeten. In Hessen lag die Niedrigwasserabflusspende eines zu 71 %<br />
bewaldeten Einzugsgebietes (Bieber, 83 km 2 ) über derjenigen des etwa 10 km<br />
entfernten und nur zu 30 % bewaldeten Gebietes (Salz, 88 km 2 ) (SCHWARZ 1974).<br />
12,0 l/(s*km 2 ) und 4,3 - 9,3 l/(s*km 2 ) lauten die Vergleichszahlen zweier zu 97 % bzw.<br />
29 % bewaldeter Teilgebiete des Burrishoole in NW-Irland (MÜLLER &<br />
MOLDENHAUER 2005). COSANDEY et al. (2005) konnten in 14 südfranzösischen<br />
Einzugsgebieten hinsichtlich der Merkmale Wald, Kahlschlag und Waldbrand keinen<br />
systematisch unterschiedlichen Niedrigwasserabfluss feststellen.<br />
Den meisten Untersuchungen zufolge spiegelt sich im Niedrigwasserabfluss eher die<br />
Hydrogeologie des Einzugsgebietes (Hydrogeologischer Index; DEMUTH &<br />
HAGEMANN 1993) bzw. die wasserzehrende Eigenschaft des Waldes, nachzulesen<br />
7
z. B. bei FRIEDRICH (1954b), DELFS et al. (1958), LIEBSCHER (1982), MAZUREK<br />
& WEGOREK (1987), FÜHRER (1990), ROBINSON et al. (1991), JOHNSON (1998),<br />
MOESCHKE (1998) und ANDREASSIAN (2004).<br />
Mag die Frage nach dem Einfluss des Waldes auf die Niedrigwasserabflusspende zu<br />
fallweise unterschiedlichen Antworten führen, so lassen die Ergebnisse der oben<br />
angesprochenen Vergleichsexperimente generell den Schluss zu, dass Wald im<br />
Vergleich mit anderen Landnutzungsarten eine geringere Abflusspende aufweist und<br />
dass er insbesondere Hochwasserspitzen abmindert.<br />
Falls Wald aber auf wenig durchlässigen Böden stockt, verbleibt nur noch eine<br />
Auswirkung der Interzeption und der Verdunstung auf die Fülle der Hochwasser.<br />
BURCH et al. (1996) konnten dies am Beispiel einer Hochwasseranalyse in der<br />
voralpinen Zone der Schweiz zeigen. Auch BROOK-Szenariorechnungen in 8<br />
anderen kleinen schweizerischen Einzugsgebieten deuten darauf hin, dass das<br />
Bewaldungsprozent dann kein typisches Merkmal für Hochwasser darstellt, wenn die<br />
Infiltration des Niederschlagswassers in den Boden durch kleine<br />
Durchlässigkeitswerte eingeschränkt ist und der Wald auf Böden geringer<br />
Speicherkapazität stockt (FORSTER 1992). Darüber hinaus kann intensive<br />
Walderschließung der hochwassermindernden Wirkung des Waldes<br />
entgegensteuern (Abschn. 3).<br />
Von den vielen Experimenten zur Hochwasserminderung des Waldes seien hier<br />
einige stellvertretend aufgeführt.<br />
ENGLER (1919) und BURGER (1937,1943,1954) verglichen den Hochwasserabfluss<br />
aus zwei kleinen benachbarten Einzugsgebieten im Emmental (Schweiz). Während<br />
der Gesamtabfluss in den Untersuchungszeiträumen etwa gleich war, lagen die<br />
Hochwasserscheitel im zu 35 % bewaldeten Rappengraben 1,4- bis 2,4 mal höher<br />
als im 100 % bewaldeten Sperbelgraben. HIBBERT (1967) äußerte Zweifel daran,<br />
dass diese Unterschiede allein dem unterschiedlichen Bewaldungsprozent<br />
zuzuschreiben sind.<br />
MASUCH (1961) untersuchte das Hochwasser vom Juli 1954 im Erzgebirge; bei<br />
ungefähr gleicher Überregnung lag die Scheitelabflusspende des voll bewaldeten<br />
Einzugsgebietes der Roten Mulde (5,6 km 2 ) um 67 % unter derjenigen des<br />
unbewaldeten Reichstädter Baches (15,2 km 2 ).<br />
Bei dem von KIRWALD (1976) beschriebenen Vergleich zweier kleiner<br />
Einzugsgebiete im Sauerland lag die Scheitelabflusspende des zu 2/3<br />
landwirtschaftlich genutzten Königswasser-Einzugsgebietes (3,3 km 2 ) nach etwa 20<br />
mm Regen um den Faktor 1,5 über derjenigen des benachbarten voll bewaldeten<br />
Krähe-Einzugsgebietes (2,8 km 2 ).<br />
KNAPP (1979) zitiert Parallelmessungen zweier gleich großer Einzugsgebiete aus<br />
dem Jahre 1974 in Wales/UK. Der Scheitel der Hochwasserwelle des überwiegend<br />
bewaldeten Severn-Gebietes lag um etwa 30 % unter dem Scheitel des<br />
benachbarten waldfreien Wye-Gebietes, obwohl jenes von vielen<br />
Entwässerungsgräben durchzogen ist und eine höhere Reliefenergie aufweist. Nach<br />
CALDER (1992) könnte diese Scheiteldifferenz durch Interzeption erklärt werden.<br />
SOKOLLEK (1983) registrierte die Hochwasserganglinien zweier kleiner<br />
Einzugsgebiete im Mittelgebirge nahe dem Edersee; der Wellenscheitel des<br />
vorwiegend landwirtschaftlich genutzte Saubachgebietes lag um den Faktor 1,9 über<br />
demjenigen des bewaldeten Erleborngebietes.<br />
8
Abbildung 3 zeigt diese vier Beispiele vergleichender Experimente.<br />
Abbildung 3: Vier Beispiele vergleichender Experimente zur<br />
Hochwasserminderung des Waldes:<br />
MASUCH (1961), Rote Mulde, Reichstädter Bach (li. o.)<br />
KIRWALD 1976 (re. o.)<br />
KNAPP (1979), Hochwasser 1974 (re. u.)<br />
SOKOLLEK 1983 (li. u.)<br />
9
2.2.2 Simulationsverfahren<br />
Die vielfältigen Probleme beim Umgang mit hydrologischen Niederschlag-Abfluss-<br />
Modellen seien an dieser Stelle nur angedeutet, hier kann z. B. auf folgende Arbeiten<br />
verwiesen werden: BEVEN (1989), BEVEN & BINLEY (1992), ORESKES et al.<br />
(1994), CHATFIELD (1995), MIEGEL (1997), KIRNBAUER et al. (2000), ABEBE &<br />
PRICE (2003), BRONSTERT (2004), NWS (2004), UHLENBROOK (2005), VRUGT<br />
et al. (2005).<br />
Begrenzende Faktoren der prozessbasierten nichtlinearen (detaillierten)<br />
Einzugsgebietsmodellierung sind<br />
- Wissenslücken um den Abflussbildungsprozess,<br />
- mangelhafte Datenverfügbarkeit und<br />
- Probleme bei der Auswahl und Eichung der Parameter, wenn im Modell eine große<br />
Anzahl von Einzelprozessen nachgebildet wird.<br />
Die IAHS-Initiative "Predictions in Ungaged Basins (PUB)" ist eine Reaktion auf die<br />
weltweit abnehmende Datenbasis (UHLENBROOK & ZEHE 2004).<br />
WAGENER et al. (2001) und BEVEN (2001) machen auf die Möglichkeit eines<br />
unsicheren Modell-Outputs als Folge nicht eindeutiger Parameterwerte aufmerksam<br />
(equifinality, Mehrdeutigkeit), andere Autoren verwenden in der Messfeld- und<br />
Kleingebietsskala wegen der lokalen Heterogenität von Untergrund und Oberfläche<br />
nichtprozessangepasste Effektivparameter, z. B. BINLEY et al. (1989), BINLEY &<br />
BEVEN (1989), MERZ (1996), MERZ & PLATE (1997), ZEHE (1999), SCHWARZ &<br />
KAUPENJOHANN (2001) und DIEKKRÜGER et al. (2001).<br />
Das von BEVEN (1982a,b) entwickelte TOPMODEL hat sich in der Kleingebiets- und<br />
Hangskala bewährt; in der Variante „dynamisches TOPMODEL“ wird auch die sich<br />
hangabwärts bewegende Bodensättigung (dynamic subsurface contributing area)<br />
berücksichtigt, was besonders nach längerer Trockenheit die Rechengenauigkeit<br />
erhöht (PETERS et al. 2001,2003). Für Waldstandorte konnten MACKAY & BAND<br />
(1997) die typischen hydrologischen Prozesse in die TOPMODEL-Struktur<br />
integrieren. TAGUE & BAND (2001) haben mit TOPMODEL das Feuchte- und<br />
Verdunstungsdefizit talseits linienhafter Strukturen, WEMPLE & JONES (2003) den<br />
subsurface flow von Böschungs-Sättigungsflächen (Feuchtflächen) berechnet<br />
(Abschn. 3.2).<br />
Zum Typ der prozessorientierten Hang- und Kleingebietsmodelle zählen die Modelle<br />
CATFLOW und ANTHROPOG. Mit ersterem wurde primär die Abflussbildung auf<br />
landwirtschaftlichen Flächen als Funktion der Boden-Makroporosität und der<br />
Landnutzungsart untersucht (MAURER 1997, ZEHE & BLÖSCHL 2004); ZEHE<br />
(1999), SCHENK et al. (2001), BOTT (2002) und WALDENMEYER (2003) berichten<br />
von CATFLOW-Anwendungen in Wald-Einzugsgebieten. Das Modell ANTHROPOG<br />
befindet sich noch in der Entwicklung (CARLUER & DE MARSILY 2004); die<br />
Verfasser stellen eine Wirkungsabschätzung linienhafter Strukturen (Gräben, Wege,<br />
Heckenreihen) auf Hochwasser in Aussicht, wobei das Höhenmodell TOPOG<br />
Einzelhänge innerhalb von Konturlinien oberhalb der linienhaften Strukturen definiert.<br />
Grey-box-Modelle wie das ursprünglich zur Berechnung der Transpiration<br />
unterschiedlicher Baumbestände entwickelte BROOK-Wasserhaushaltsmodell<br />
(FEDERER & LASH 1978) können die wesentlichen Systemprozesse im<br />
Wasserkreislauf bewaldeter Einzugsgebiete simulieren: FINKE et al. (1989) haben<br />
die Monatssummen der direkten und indirekten Abflussanteile im Einzugsgebiet<br />
Lange Bramke (Oberharz) näherungsweise berechnet, STEIDL & HAAS (1994)<br />
belegten die Dominanz der Feuchtflächen bei der Abflussentstehung im alpinen<br />
10
Löhnersbach-Einzugsgebiet (ca. 16 km 2 ), und SEEGERT et al. (2003) zeigten<br />
Tendenzen des Abflusses denkbarer waldbaulicher Szenarien auf.<br />
Eine verbesserte Identifizierung der räumlichen Verteilung der Sättigungsflächen in<br />
mesoskaligen, physiographisch ähnlichen Einzugsgebieten gelangen GÜNTNER et<br />
al. (1999a,2004) durch die Kombination von Bodenfeuchte und topographischem<br />
Index (topographic wetness index).<br />
Im Modell von WALDENMEYER & CASPER (2001) wird ein Produkt aus<br />
Geländeneigung und dem Vertikalgradienten der hydraulischen Boden-<br />
Sättigungsleitfähigkeit – die potentielle Interflow-Intensität – zur Hydrotop-<br />
Identifikation benutzt.<br />
Die weitere Synthese solcher Hydrotop-Teilmodelle zu einem Kleingebietsmodell<br />
befindet sich noch im Forschungsstadium. Dabei bedarf es umfangreicher Daten<br />
(räumlich-zeitliche Gebietsbedingungen, Meteorologie und Hangaufbau), und es<br />
bestehen noch Wissenslücken über die Interaktion der einzelnen Raumelemente und<br />
über die Fließprozesse besonders bei Starkregen (BRONSTERT 1997,2004).<br />
Hier erweist sich die bereits aus den 70er Jahren bekannte tracerhydrologische<br />
Bestimmung der Herkunft und der Verweilzeiten der einzelnen<br />
Bachwasserkomponenten als ein erfolgreicher Beitrag zur Verbesserung des<br />
Prozessverständnisses und der Niederschlag-Abfluss-Modellierung. Z. B. haben<br />
SKLASH & FARVOLDEN (1979) mittels Abfluss- und Umweltisotopenmessungen<br />
(Deuterium und Tritium) nachgewiesen, dass der Anstieg des vorflutnahen<br />
Grundwasserspiegels (groundwater ridging) durch bodeninnere Druckübertragung<br />
(piston flow) von vorflutfern infiltriertem Wasser verursacht wird (Begriffsbestimmung<br />
bei LEIBUNDGUT & UHLENBROOK 1997).<br />
Aus dieser Kombination tracerhydrologischer und hydraulischer Verfahren erhoffen<br />
sich die Hydrologen einen tieferen Einblick in den Aufbau des Untergrundes und die<br />
Dynamik der Abflussbildung, also in die Fließwege und Verweilzeiten des<br />
Hangwassers (UHLENBROOK & LEIBUNDGUT 1999, UHLENBROOK et al. 2001,<br />
McGLYNN et al. 2002, TILCH et al. 2003, UHLENBROOK 2005, McGUIRE et al.<br />
2005). Die Verwendung von Tracerdaten gestattet Rückschlüsse auf die<br />
Herkunftsräume der einzelnen Abflusskomponenten (HERRMANN & SCHÖNIGER<br />
1989, UHLENBROOK et al. 2004). MEHLHORN (1998) konnte durch Anpassung der<br />
N-A-Modellierungsergebnisse an die Ergebnisse der traceranalytisch ermittelten<br />
hydrogeologischen Raumgliederung eine „realistische Modellierung“ des<br />
Wasserhaushaltes erzielen.<br />
Gleichwohl ist trotz zahlreicher Einzelarbeiten kein Modellsystem verfügbar, das es<br />
erlauben würde, die vielfältigen Prozesse der Wasserdynamik von Wäldern in ihrer<br />
ganzen Komplexität zu berücksichtigen (BOTT 2002). Es ist Skepsis angebracht,<br />
dass es jemals gelingen könnte, mit einem einzigen allgemein einsetzbaren Modell<br />
alle die damit verbundenen Effekte realistisch zu beschreiben (GUTKNECHT 1996).<br />
In Sonderfällen wird sogar auf Blockmodelle oder stochastische Modelle<br />
zurückgegriffen; diese sind detaillierten Prozessmodellen vorzuziehen, wenn keine<br />
Konsistenz mit dem verfügbaren Datensatz besteht (BEVEN 2001). Beispielsweise<br />
erzielten LISCHEID & UHLENBROOK (2001) bei zeitlich hochaufgelöster<br />
Abflussimulation im Einzugsgebiet der Brugga (Südschwarzwald, 40 km 2 ) mit einem<br />
ANN-Modell (Artificial Neural Networks) ebenso gute Ergebnisse wie mit drei<br />
prozessbasierten Modellen. Darüberhinaus kann der ANN-Ansatz auch zur<br />
Steigerung der Rechengenauigkeit konzeptioneller Modelle Verwendung finden<br />
(ABEBE & PRICE 2003). In Hochwassermodellen für große Einzugsgebiete tritt die<br />
Physik der Abflussbildung stark in den Hintergrund – zugunsten der Überlagerung<br />
von Wellen aus Teileinzugsgebieten.<br />
11
Die angedeuteten Prämissen und Forschungslücken erklären den Mangel an<br />
zitierfähigen Szenariorechnungen des Hochwasserabflusses in kleinen bewaldeten<br />
Kopfgebieten (headwaters).<br />
Mit vereinfachenden Annahmen über das Bodenprofil, die Durchwurzelungstiefe und<br />
die Evapotranspiration lassen sich bereits mit den klassischen Ansätzen der lateralen<br />
Bodenwasserbewegung Tages-, Wochen- und Monatsabflüsse simulieren; das von<br />
VAN DER PLOEG (1978) zeitgleich mit dem BROOK-Modell entwickelte<br />
zweidimensionale Wasserhaushaltsmodell für den Wasserumsatz im Boden hängiger<br />
Fichtenstandorte des Harzes zeigt eine gute Übereinstimmung zwischen<br />
berechneten und gemessenen (Sommer-) Abflussdaten.<br />
Das Rusava-Modellszenario (27,3 km 2 , Moldaueinzugsgebiet) hat einen 10 % bis 15<br />
% höheren Scheitel zweier Hochwasser von 1986 (P = 20,1 mm) und 1995 (P = 31,8<br />
mm) zum Ergebnis, falls die Waldfläche um 50 % reduziert wird (KOVAR et al. 2004).<br />
Bereits in der Raumskala mittelgroßer Einzugsgebiete sind die Grenzen der<br />
prozessorientierten Modellierung des Hochwasserabflusses überschritten. Dessen<br />
ungeachtet lässt sich an Hand von Szenariorechnungen mit empirischen<br />
Konzeptmodellen das unterschiedliche Abflussverhalten bei verschiedenen<br />
Gebietszuständen abschätzen. So haben MAUSER (1985) und MÜLLER (1987)<br />
Direktabfluss-Szenarien der Hochwasserwellen vom August 1969 bzw. Mai 1983 im<br />
Dreisam-Einzugsgebiet gerechnet (Pegel Ebnet, 257 km 2 ); das Szenario totales<br />
Waldsterben, nachfolgend Wiese und Brache ergab Aufhöhungen des Scheitels um<br />
das 2- bis 11fache und Laufzeitverkürzungen von 2 bis 12 Std. (Abbildung 4).<br />
Abbildung 4: Zwei Beispiele von Modellrechnungen nach MAUSER (links; 1985) und MÜLLER<br />
(1987)<br />
In noch größeren Raumskalen fallen die Differenzen kleiner aus. Der von KOEHLER<br />
(1993) für einige Oberrheinpegel berechnete Scheitelanstieg liegt zwischen 22 %<br />
und 43 % für den Fall einer vollständigen Umwandlung von Wald in Wiese (Tages-<br />
Niederschlagshöhen 80 mm, 120 mm und 160 mm). Umgekehrt würde der Scheitel<br />
des Mai-Hochwassers am Neckarpegel Rockenau um 15 % niedriger ausfallen und 7<br />
Stunden später eintreffen für den Fall einer vollständigen Aufforstung des<br />
Einzugsgebietes (HUNDECHA & BARDOSSY 2004). Nach Modellrechnungen der<br />
IKSR (1999) hat die Aufforstung im Rheineinzugsgebiet eine kleine Wirkung im<br />
Nahbereich, flächenhaftes Waldsterben würde sich auch im Fernbereich noch<br />
bemerkbar machen.<br />
12
2.3 Der Abfluss im naturnahen Wald<br />
Aus rein qualitativer Sicht hätte es nicht der vielen aufwendigen<br />
Vergleichsexperimente bedurft. Man denke nur an die gegenüber anderen<br />
Nutzungsarten um ein Vielfaches größere Biomasse des Waldes, die dem<br />
Niederschlag durch Interzeption und Verdunstung (Evaporation und Transpiration)<br />
einen nicht unerheblichen Anteil entzieht. Die Interzeptionskapazität der<br />
Baumkronen, der Bodenvegetation und der Streuschicht erreicht 5 bis 6 mm (ZINKE<br />
1967, HIEGE 1985, PLATE et al. 1986, Tabellen in MENDEL 2000), bei<br />
ausgeprägter Moosbedeckung bis 15 mm (MOLCHANOV 1963). RUTTER (1975)<br />
schätzt auch die Winter-Interzeptionsverdunstung als hoch ein (advektive<br />
Wärmezufuhr durch Wind), WERNER (1983) hat tägliche Evaporationsraten von 6<br />
mm gemessen.<br />
Von noch größerer Bedeutung ist die durch die humöse Streuschicht begünstigte<br />
Infiltration, die hohe Sickerleistung des dichten Grobporensystems aus Wurzel- und<br />
Tiergängen und die Größe des Bodenspeichers (sie wächst mit seiner Porosität und<br />
mit der Mächtigkeit des Oberbodens). Die Infiltrationsrate ungestörter Waldböden<br />
kann diejenige verdichteter Freilandböden gleicher Textur und geologischer Schicht<br />
um das 10- bis 100fache übersteigen (BURGER 1922). Die an einigen ausgewählten<br />
Standorten gemessenen Endinfiltrationsraten stehen in Abbildung 5.<br />
Gemessene Endinfiltrationsraten an Waldstandorten<br />
Standort/Gebiet mm/h Quelle<br />
Emmental; Sperbelgraben u. Rappengraben<br />
Forschungsgebiet Krofdorf<br />
Niedrigste Werte, erodierte Parabraun-<br />
und Pseudogley- Parabraunerden<br />
Werte an 12 weiteren Standorten<br />
Schönbuch<br />
Oberharz; Lange Bramke<br />
Tegernseer Berge<br />
60<br />
23,4 / 30,6 / 37,8<br />
60,6 bis über 112,8<br />
52 bis 79<br />
über 90 (Beregnung),<br />
190-580 (Infiltromet)<br />
über 49,7<br />
Abbildung 5: Gemessene Endinfiltrationsraten an Waldstandorten<br />
BURGER (1943)<br />
LEHNARDT (1985)<br />
SCHWARZ (1985)<br />
HERRMANN et al. (1989)<br />
MOESCHKE (1989)<br />
Nur Böden aus skelettarmen Erden weisen Endinfiltrationsraten von unter 40 mm/h<br />
auf, die typischen Messwerte liegen dagegen etwa zwischen 50 mm/h und 80 mm/h.<br />
Ein Einfluss der Bestockung ist aus dem verfügbaren Datenmaterial nicht zu<br />
entnehmen, allerdings fällt auf, dass LEHNARDT die kleinsten Endinfiltrationsraten<br />
unter Fichte gemessenen hat (Abschn. 3.3, KIRWALD 1976, saurer Rohhumus).<br />
Zwar können auch Freilandflächen unter optimalen Bedingungen – bedeckter,<br />
gefügestabiler und grobporöser Boden – ähnlich hohe Endinfiltrationsraten erreichen<br />
(DEVAURS & GIFFORD 1986, BRAKENSIEK & RAWLS 1988, FREEBAIRN et al.<br />
1989, NAEF et al. 1999), die Untergrenze der publizierten Werte tendiert hier aber<br />
bereits in den einstelligen Bereich: 10 bis 24 mm/h für konventionell bearbeitete<br />
sächsische Lössböden (Zitat bei VAN DER PLOEG & SCHWEIGERT 2001,<br />
SCHMIDT et al. 2002), 5 mm/h für ungünstige Lössböden im Raum Köln<br />
13
(FELDWISCH 1998) und 2,5 mm/h für erdgebundene Fahrwege (JOHANNES 1999);<br />
Rechenwerte streuen von 4 bis 13 mm/h (ASSOULINE & MUALEM 2000).<br />
Selbst bei Frost ist die Infiltrationskapazität von Waldboden – im Gegensatz zu<br />
Ackerland und Standweiden – kaum beeinträchtigt („poröser Bodenfrost“), es sei<br />
denn, die Laubstreudecke wird durch Schnee stark gepresst (BRECHTEL &<br />
KRECMER 1971, SCHWARZ 1974).<br />
Oberflächenabfluss wird daher auf Waldflächen nicht oder nur im Fall extremer<br />
Regenhöhen, feuchter Vorbedingungen und ungünstiger Böden beobachtet. Bei<br />
gleicher Bodenart zeichnet sich Wald durch eine größere Durchlässigkeit und durch<br />
veränderte Abflusskomponenten aus.<br />
Für Oberflächenabfluss (Qo) sind zweierlei Mechanismen verantwortlich:<br />
- Infiltrationsüberschuss, es bildet sich absoluter Horton-Qo an versiegelten Flächen<br />
und verzögerter Horton-Qo an verdichteten Flächen<br />
- return flow (Exfiltration) aus Zwischenabfluss an Sättigungsflächen (beitragende<br />
Flächen, source areas); als Sättigungsflächenabfluss (saturation excess overland<br />
flow) bezeichnet man die Summe aus return flow und dem Niederschlag, der direkt<br />
auf diese Fläche fällt (LEIBUNDGUT & UHLENBROOK 1997, MENDEL 2000);<br />
meist unterscheiden sich return flow und Sättigungsflächenabfluss nicht.<br />
Unterschiedliche Formen des Oberflächenabflusses sind der Abfluss in offenen<br />
Gerinnen (Gerinneabfluss) und der Landoberflächenabfluss, der je nach<br />
Oberflächengestaltung als flächiges Fließen (sheet flow, Überlandfließen) oder<br />
Fließen in kleinen Rinnsalen (rill flow) entsteht. SCHERRER & NAEF (2001)<br />
differenzieren in ihrem "Entscheidungsbaum" je nach standörtlicher Oberflächen- und<br />
Bodeneigenschaft unmittelbaren und verzögerten Horton-Qo sowie unmittelbaren,<br />
verzögerten und langsam verzögerten Sättigungsflächenabfluss.<br />
Der Zwischenabfluss im (geschichteten) Hangboden entsteht als Summe des<br />
Fließens durch die mikroporöse Bodenmatrix und das vernetzte Makroporensystem.<br />
Für diese bei Hochwasser bewaldeter Einzugsgebiete dominante<br />
Abflusskomponente findet man im Schrifttum eine Reihe oft synonym verwendeter<br />
Bezeichnungen: Interflow, subsurface flow, subsurface storm flow, oberflächennaher<br />
Abfluss, hypodermischer Abfluss, Bodenabfluss, Bodenwasserabfluss,<br />
Hangwasserfluss, lateraler Hangwasserzug, Hangzugwasser und<br />
Hangabzugswasser. Der Zwischenabfluss-Anteil am Hochwasserscheitel bewaldeter<br />
Kopfgebiete kann 100 % erreichen; in einer tracergestützten Analyse von 10<br />
Hochwasserereignissen in Maryland/USA lag er zwischen 45 % und 100 % (RICE &<br />
HORNBERGER 1998).<br />
Die Dominanz des Zwischenabflusses in steilen Wald-Kopfgebieten hat vermutlich<br />
erstmals HEWLETT (1961) beobachtet (Coweeta, Nord-Carolina/USA): Anhaltender<br />
Regen infiltriert fast vollständig und vergrößert damit die zum Abfluss beitragende<br />
Fläche (area contributing to stormflow), der subsurce flow der Hänge erreicht das<br />
Grundwasser erst in der Talaue, und sein Anteil am jährlichen Basisabfluss liegt bei<br />
85 %.<br />
Demgegenüber führt der Weg des infiltrierten Wassers in Einzugsgebieten mit<br />
klüftigem Festgesteinsuntergrund überwiegend direkt – ohne den Umweg über die<br />
ungesättigte Bodenzone – in den Grundwasserspeicher und von diesem in den<br />
Vorfluter, was aus Traceruntersuchungen im Einzugsgebiet Lange Bramke (Harz)<br />
hervorgeht (HERRMANN et al. 1987, SCHÖNIGER 1990, HERRMANN et al. 1997).<br />
14
Die Rolle des Zwischenabflusses im Wald wurde vielfach untersucht, über die obigen<br />
Zitate hinaus nachzulesen z. B. bei GAISER (1952), HESMER & FELDMANN (1953),<br />
NÄGELI (1959), HEWLETT & HIBBERT (1967), TISCHENDORF (1971), LULL &<br />
REINHART (1972), BRAUER (1974), SCHWARZ (1983,1985), LEIBUNDGUT &<br />
UHLENBROOK (1997), MOESCHKE (1998), SCHÜLER et al. (2001),<br />
WALDENMEYER & CASPER (2001), CASPER (2002) und HOGAN & BLUM (2003).<br />
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass sich zwar die Volumina der in kleinen<br />
Kopfgebieten am Oberlauf der Flüsse entstandenen Hochwasserwellen flussabwärts<br />
addieren, wegen unterschiedlicher Fließzeiten und Überregnungen aber nicht<br />
unbedingt deren Scheitel. Daher machen sich abflussändernde Maßnahmen nahe<br />
der Wasserscheide mit zunehmender Größe des Einzugsgebietes immer weniger<br />
bemerkbar, unabhängig von der Art der Maßnahme (KOEHLER 1993, JONES &<br />
GRANT 1996, MAURER 1997, THOMAS & MEGAHAN 1998, IKSR 1999, BESCHTA<br />
et al. 2000, BOWLING & LETTENMAIER 2001, KOEHLER & MARENBACH 2001).<br />
3. Linienhafte Strukturen und Bodenverletzungen verursachen<br />
Oberflächenabfluss und Erosion<br />
3.1 Walderschließungsformen<br />
Bei der Anwendung bodenpflegerischer Holzbringungstechniken kommt es im<br />
naturnahen Wald weder zu Oberflächenabfluss noch zu einem nennenswerten<br />
Anstieg der Hochwasserspitzen. Als Beispiel dafür haben HEWLETT & HIBBERT<br />
(1967) die Experimente von Coweeta/USA angeführt. Die moderne<br />
forstwirtschaftliche Nutzung des Waldes bedarf allerdings eines engmaschigen<br />
Wege- und Entwässerungssystems, und die Flächenbefahrung verursacht<br />
Bodenveränderungen.<br />
Zu den linienhaften Strukturen in der Landschaft zählen Felder, Terrassen,<br />
Wege/Strassen, Raine, Böschungen und Gräben. Im forstwirtschaftlichen Schrifttum<br />
findet man unter dem Begriff Weg - abhängig von der Form der Walderschließung –<br />
zahlreiche unterschiedliche Bezeichnungen wie Forststraße, Forstweg, Waldstraße,<br />
Waldweg, Abfuhrstraße, Fahrweg, Hauptweg, Nebenweg, Wirtschaftsweg,<br />
Maschinenweg und Stichweg. Entwässerungsgräben (Drainagegräben) sind<br />
wegbegleitend entweder beidseits der Wege oder in hängigem Gelände meist nur<br />
bergseits angelegt; Entwässerungsgräben im Bestand nennt man auch<br />
Wasserabzugsgräben. Fahrlinien im Bestand ohne Grundschüttung sind dagegen<br />
flächenhafte Erschließungsformen (Abschn. 3.2).<br />
Waldwege ebenso wie Landwirtschaftswege können im Ereignisfall als versiegelt<br />
angesehen werden, da die Bodenverdichtung bis in größere Tiefe reicht (JOHANNES<br />
1999). SCHENK et al. (2001) und BOTT (2002) unterscheiden zwischen befestigten<br />
undurchlässigen Wegen und halbdurchlässigen Rückegassen-Fahrspuren.<br />
Nicht nur in Deutschland ist bis in die jüngste Zeit eine stetige Zunahme der<br />
Waldwegedichte zu beobachten (DIETZ et al. 1984). Den Zahlenangaben der<br />
Abbildung 6 liegen Lkw-fähige Fahrwege zugrunde, ihre mittlere Breite liegt bei 4,5 m<br />
bis 5 m (OPPERMANN 1991, LUIG 2003). Im Martinsbachgebiet und in den beiden<br />
rheinland-pfälzischen Gebieten sind Maschinenwege miterfasst, die Werte in<br />
Abbildung 6 sind daher nur bedingt vergleichbar.<br />
15
Wegedichte ausgewählter Gebiete/Standorte<br />
Angaben in km/km 2<br />
Schweden (Mittelschweden) 1,2<br />
Schweiz (Voralpen) 1,6<br />
USA; Gebiet in Oregon 1,9<br />
Gebiet in Washington 3,8 bis 5,5<br />
Niedersachsen 2,3 bis 3,3<br />
Weser-Leine 3,3<br />
Westharz 4,0<br />
Forstbetrieb bei Lüdenscheid 4,3 bis 8,6<br />
Österreich (Hochwald) 3,0 bis 3,3<br />
Hessen 3,7<br />
Baden-Württemberg 4,4 bis 4,7<br />
Martinsbachgebiet 15,0<br />
Rheinland-Pfalz; Gebiet im Soonwald ca. 22<br />
Gebiet im Pfälzer Wald ca. 10<br />
Quellen: DIETZ et al. (1984), BECKER et al. (1995), WEMPLE<br />
et al. (2001), BOWLING & LETTENMAIER (2001), SCHENK et<br />
al. (2001), THOMA (2004)<br />
Abbildung 6. Wegedichte ausgewählter Gebiete/Standorte<br />
Auf Teilen der Windwurffläche des Jahres 1999 (im Martinsbachgebiet 0,26 km 2 oder<br />
41 %) wird in der Feinerschließungsplanung 40 m als Regelabstand der Rückewege<br />
empfohlen (WAGELAAR 2001); auch im baden-württembergischen Staatswald ist ein<br />
Rückegassenabstand von 40 m festgelegt (WEIXLER 1994). BECKER et al. (1995)<br />
planen maximale Rückeentfernungen von 150 m – ohne Berücksichtigung der<br />
Feinerschließung. MAIERHOFER (1988) empfiehlt in hängigem Gelände eine<br />
durchschnittliche Wegedichte von 4 km/km 2 und eine maximale von 6 km/km 2 (hinzu<br />
kommen Liefergassen und Rückewege).<br />
Das in den Gräben bergseits der Wege geführte Wasser wird durch Dolen unter dem<br />
Weg hindurch zur Talseite abgeleitet (Wasserabweiser auf der Wegoberfläche haben<br />
sich als nachteilig herausgestellt). Die Angaben über den Abstand der einzelnen<br />
Dolen streuen beträchtlich. In steilem Gelände werden maximal 30 m bis 50 m<br />
vorgeschlagen, in flachem Gelände bis 400 m (DIETZ et al. 1984, OPPERMANN<br />
1991). MAIERHOFER (1988) nennt 50 m bis 60 m als durchschnittlichen<br />
Dolenabstand, über 150 m sei jedenfalls viel zu groß.<br />
Aus hydrologischer Sicht wäre für GIS-gestützte Detailuntersuchungen im Hydrotop-<br />
und Kleingebietsmaßstab eine Statistik mit folgenden Größen wünschenswert:<br />
Bestockung (Art, Alter), Bodeneigenschaft (Art, Mächtigkeit), Weg (Typ, Substrat,<br />
Bewuchs, Profil, Wasserableitung), Fahrspur und Entwässerungsgraben; Gelände-<br />
und Wegneigung wären einem hochaufgelösten Geländemodell zu entnehmen.<br />
3.2 Abflussbildung und Abflusskonzentration durch Wege<br />
Alle linienhaften Strukturen beschleunigen die schnelle Starkabflusskomponente,<br />
MOUSSA et al. (2002) sprechen von „Hydrologischen Diskontinuitäten“. Der<br />
Hanganschnitt verursacht die Exfiltration von Bodenwasser, es werden erhebliche<br />
Zwischenabflussanteile in Oberflächenabfluss umgesetzt, und es entwickeln sich<br />
künstliche Abflussrinnen. Wege sind unabhängig von der Art des Wegeaufbaus<br />
annähernd zu 100 % abflusswirksam (BOTT 2002), daher gelten sie selbst beim<br />
16
Bemühen um eine pflegliche Waldbewirtschaftung als der wohl offensichtlichste<br />
Eingriff in die oberflächennahe Wasserführung (REMMY 2000, WALDENMEYER<br />
2003). Die abflussbeschleunigende Wirkung von Entwässerungsgräben kann<br />
diejenige der Wege noch übertreffen, das wurde in einem kleinen Weinberg-<br />
Einzugsgebiet in der Bretagne beobachtet (CARLUER & DE MARSILY 2004).<br />
Bei ENGLER (1919) liegt der Anteil des Abflusses von Waldwegen am<br />
Hochwasserscheitel zwischen 12,5 % und 43,6 %. Im landwirtschaftlich genutzten<br />
Einzugsgebiet des Weiherbachs (Kraichgau, ca. 6 km 2 ) lassen Modellrechnungen auf<br />
einen vergleichbaren Anteil schließen; die Wege bestreiten bei kleinen und mittleren<br />
Hochwassern bis 90 % des Hochwasserscheitels (BRONSTERT & MAURER 1994,<br />
MERZ 1996, MAURER 1997, MERZ & BARDOSSY 1998).<br />
Nach HARR et al. (1975) und BOTT et al. (2002) sind die Waldwege und die<br />
Wegedichte von großer Bedeutung für den Abfluss. THOMAS & MEGAHAN (1998)<br />
berechneten die Scheitelaufhöhung als Folge von Wegebau (6 % Flächenanteil) und<br />
Kahlschlag auf 90 % (100 % entwaldet) bzw. 40 % (31 % entwaldet).<br />
Im Coweeta-Einzugsgebiet WS 28 verursachten Traktorarbeiten und hohe<br />
Wegedichte einen Abflussanstieg von 17 % im Jahresmittel und von 30 % während<br />
des Hochwassers (SWANK et al. 1988).<br />
Bei Experimenten in bergigen<br />
Waldeinzugsgebieten wird oft eine kurze<br />
Vorwelle beobachtet, die die<br />
nachfolgende eigentliche<br />
Hochwasserwelle, die Hauptwelle,<br />
deutlich übertreffen kann (REINHART<br />
1964, HEWLETT & NUTTER 1970,<br />
TISCHENDORF 1971, BALÁZS et al.<br />
1974, FÜHRER 1990, ROMANG 1995).<br />
Quellen für diesen schnellen Abfluss sind<br />
nach Ansicht der Autoren der direkt in<br />
die Fließgerinne fallende Regen und<br />
vorflutnahe undurchlässige Flächen,<br />
auch bachbegleitende Wege. BATES &<br />
HENRY (1928) führten die jeweils erste<br />
Spitze zweier Hochwasserganglinien<br />
allein auf den in die Gerinne fallenden<br />
Regen zurück, erst später wurde diese<br />
Beobachtung auch durch andere<br />
Mechanismen erklärt (ROBINSON<br />
1993b). In den Harzer<br />
Untersuchungsgebieten wurden<br />
Hochwasserwellen registriert, deren<br />
steiler Anstieg von vorflutnahen<br />
befestigten Flächen und<br />
bachbegleitenden Wegen stammt, eine<br />
nachfolgende Hauptwelle aus<br />
Zwischenabfluss war nur im Fall hoher<br />
Vorfeuchte zu beobachten (Abbildung 7).<br />
17<br />
Abbildung 7: Hochwasser in den Harzer<br />
Untersuchungsgebieten (BALAZS et al. 1974)
Vermutlich hat zuerst REINHART (1964) darauf aufmerksam gemacht, dass der<br />
Oberflächenabfluss auf Waldwegen, die für Einschlagarbeiten angelegt werden, aus<br />
dem Niederschlag auf die Wege selbst und aus dem durch die Wege abgefangenen<br />
subsurface flow besteht. Zuvor hatte bereits HURSH (1944) den Begriffe saturated<br />
aquifer benutzt, und HEWLETT (1961) hatte eine variable area contributing to<br />
stormflow beobachtet. Verdienste an der Entwicklung des<br />
Sättigungsflächenkonzeptes kommen insbesondere HEWLETT & HIBBERT (1967)<br />
sowie DUNNE & BLACK (1970) zu.<br />
MEGAHAN (1972) führte den Begriff subsurface flow interception für das Freisetzen<br />
von Zwischenabfluss nach Hanganschnitt (cutslope, road cut) ein. Als Folge der<br />
Öffnung bodeninnerer Fließbahnen bildet sich an der Böschung eine<br />
Sättigungsfläche (Abflussbildung), von der das exfiltrierte Bodenwasser als<br />
Oberflächenabfluss über das Wege- und Grabensystem rasch in den Vorfluter<br />
gelangt (Abflusskonzentration).<br />
Sättigungsflächen dominieren in hängigem Gelände den Prozess der Abflussbildung<br />
(STEIDL & HAAS 1994, JORDAN 1994, SAMBALE & PESCHKE 2001, ROBSON et<br />
al. 1992), und sie werden auch an natürlich eingeschnittenen Vorflutern sowie auf<br />
Auen und gewässerbegleitenden Hängen beobachtet (BOWLING & LETTENMAIER<br />
2001, UCHIDA et al. 2001 bzw. NAEF et al. 1994). In einem von KIRNBAUER &<br />
HAAS (1998) untersuchten alpinen Einzugsgebiet liegt ihr Flächenanteil konstant bei<br />
8 %. Weit häufiger schwankt ihr Anteil während des Ereignisses, und die<br />
Sättigungsflächen verteilen sich ereignisabhängig auf das gesamte Einzugsgebiet<br />
(ROBINSON 1993b). DUNNE et al. (1975) und BEVEN & WOOD (1983) ermittelten<br />
Werte, die bei Sommerhochwasser 5 % (Talaue) erreichten und im Fall extremer<br />
Ereignisse über 35 %, 50 %, 65 % oder kurzfristig bis 100 % anstiegen. Die<br />
Sättigungsflächen konzentrierten sich bei GÜNTNER et al. (1999b) auf Bachnähe,<br />
das steile Gelände und auf die Hochflächen – auf insgesamt 6,8 % des Brugga-<br />
Einzugsgebietes (s. o.) – und bei WALDENMEYER & CASPER (2001) auf das<br />
Kopfgebiet und die flachen Höhenlagen nahe der Wasserscheide. TANI & ABE<br />
(1987) beobachteten Sättigungsflächen, die sich im Verlauf des Hochwassers von<br />
der Talaue hangaufwärts bis gegen die Wasserscheide erstreckten, ebenso<br />
HEWLETT & NUTTER (1970), bei denen die Sättigungsflächen einschließlich Gullys<br />
(Rinne, Runse, Tobel, Klinge) während des Scheitels etwa 20 % des<br />
Einzugsgebietes einnahmen.<br />
Das Sättigungsflächenkonzept hat sich als besonders fruchtbar erwiesen. Untersucht<br />
werden in kleinen bewaldeten Einzugsgebieten z. B. der Anteil des subsurface flow<br />
am Wellenscheitel (LISCHEID 2001, SCANLON et al. 2001), das Alter des Wassers<br />
(SKLASH et al. 1986, JORDAN 1994, MARC et al. 2001, LADOUCHE et al. 2001,<br />
McGLYNN & McDONNEL 2003), die Herkunft des Wassers (ROBSON et al. 1992,<br />
BARI et al. 1996, LUCE 2002, UHLENBROOK et al. 2002) und die Wirkung der<br />
Wegedolen bei der Ableitung des subsurface flow von Böschungs-Sättigungsflächen<br />
(WEMPLE et al. 1996, BOWLING & LETTENMAIER 2001, WEMPLE & JONES<br />
2003).<br />
Der Sättigungsflächenabfluss erreichte am Beispiel der Untersuchungen von<br />
BOWLING & LETTENMAIER (1997,2001) 82 % bis 95 % des Hochwasserscheitels,<br />
falls das Wegwasser über Dolen und Gullys abgeleitet wird. Die Abflusskonzentration<br />
der Wege kann diejenige der Bäche übertreffen (VALEK 1959). TISCHENDORF<br />
(1971) hat beobachtet, dass sich das Gewässernetz eines von ihm untersuchten<br />
bewaldeten Einzugsgebietes (24 ha, Appalachen/USA) bei Hochwasser von<br />
18
ursprünglich 800 m auf 3 km und mehr verlängerte (er empfahl an anderer Stelle, das<br />
Wegwasser sachgerecht in Mulden abzuleiten). HEWLETT (1982b) berichtet von 10-<br />
bis 20facher Verlängerung der Dauervorflut, CARLUER & DE MARSILY (2004)<br />
fanden eine 8fache Verlängerung.<br />
Ein Konzeptmodell, das die hydrologische Funktion der Forststraßen in einem<br />
kleinen bewaldeten Einzugsgebiet in Oregon/USA beschreibt, entwickelten WEMPLE<br />
et al. (1996). Der entstandene Oberflächenabfluss beschleunigt den<br />
Hochwasserabfluss, wenn die Wege direkt in den Vorfluter entwässern (Abbildung 8);<br />
bei Hochwasser waren 56 % der Verkehrswegelänge durch Gully-Dolen mit der<br />
perennierenden Vorflut hydrologisch kurzgeschlossen. In einem australischen<br />
Einzugsgebiet erreichte der direkte und partielle Schlussgrad der<br />
Wegeentwässerungen 29 % (CROKE & MOCKLER 2001).<br />
Abbildung 8: Verschärfung des Hochwasserabflusses durch hangeingeschnittene Wege<br />
(WEMPLE et al. 1996)<br />
19
Im Fall der amerikanischen Experimente und Modellrechnungen ist der Anteil von<br />
absolutem Horton-Qo am Wegeabfluss gegenüber dem freigesetzten<br />
Zwischenabfluss bedeutungslos. Die Wirkung der einzelnen Dolen auf den<br />
Hochwasserscheitel streut erheblich, abhängig von diversen Geländeparametern und<br />
vom Grad der Vorflutanbindung. Abbildung 9 zeigt die Geländeabstraktion des<br />
Modells von WEMPLE & JONES (2003) (unten) und die Entwässerung eines in den<br />
Hang eingeschnittenen Weges mit Dolen unterschiedlicher Vorflutanbindung<br />
(WEMPLE et al. 1996); die Dole 2/i ist über Gully mit der Vorflut kurzgeschlossen,<br />
das Wasser der Dolen 2/ii und 3 reinfiltriert im Bestand.<br />
Abbildung 9: Geländeabstraktion des Modells von WEMPLE & JONES<br />
(2003) (unten) und Dolenentwässerung eines hangeingeschnittenen Weges<br />
(WEMPLE et al. 1996)<br />
LUCE (2002) zitiert Experimente, bei denen 80 % bis 95 % des Straßenabflusses<br />
von durch Hanganschnitt verursachtem subsurface flow interception stammt. Auch<br />
wenn der Straßenkörper nicht die gesättigte Zone erreicht, liegt dieser Anteil noch bei<br />
40 % bis 50 %.<br />
Nach einer Untersuchung von LA MARCHE & LETTENMAIER (2001) wächst der<br />
Anteil der Waldwege am Hochwasserscheitel mit der Intensität des Ereignisses. Für<br />
HQ1 liegt er bei 9,5 %, für HQ10 bei 12,2 %. Die Autoren machen dabei auf den<br />
Einfluss der Wellenüberlagerung aufmerksam.<br />
Im deutschsprachigen Schrifttum wurde bereits früh auf Besonderheiten des<br />
Abflussprozesses im Wald hingewiesen, ohne dass diese Gedanken in den späteren<br />
Jahren weiter verfolgt worden wären. So schreibt TISCHENDORF (1971), dass<br />
Sickerwasser dem geringsten Fließwiderstand folgend seitlich im Hang abfließt und<br />
20
als Sickerwasserflutwelle durch die obersten leitfähigen Bodenschichten<br />
Hochwasserabfluss bringt, wobei älteres Bodenwasser durch jüngeres Regenwasser<br />
verdrängt wird und der Grundwasserspiegel im Uferbereich kurzfristig ansteigt.<br />
Konkret aber ohne Bezug auf die oben genannten amerikanischen Arbeiten wurde<br />
die Abflussbildung durch Waldwege auch in den Alpen und in deutschen<br />
Mittelgebirgen untersucht. Ein Gemeinschaftsprojekt der Universitäten Mainz und<br />
Koblenz sowie der Forstlichen Versuchsanstalt Rheinland-Pfalz zur Abschätzung des<br />
Wasserrückhaltepotentials in bewaldeten kleinen Kopfgebieten erbrachte das<br />
Teilergebnis, dass der Starkabfluss im Untersuchungsgebiet Gräfenbach<br />
(Soonwald/Hunsrück, 0,5 km 2 ) weitgehend aus Oberflächenabfluss unmittelbar von<br />
befestigten Flächen (Wegen) und mittelbar aus Zwischenabfluss besteht; das<br />
Wasser des Zwischenabflusses infiltriert zunächst in den Boden und gelangt dann<br />
auf Fahrspuren, in Entwässerungsgräben oder in wegbegleitende Gräben (SCHENK<br />
et al. 2001).<br />
Analog haben Arbeiten der Universität Karlsruhe im Einzugsgebiet Dürreychbach (7<br />
km 2 , Nordschwarzwald) Waldwege in hängigem Gelände als potentielle Quelle von<br />
(freigesetztem) Zwischenabfluss identifiziert. Die Inklination (Neigung, Gefälle) und<br />
die Oberflächeneigenschaften der Waldwege (Substrat, Bewuchs, Wasserableitung)<br />
bedürfen weiterer Aufmerksamkeit wegen ihrer Bedeutung für Zwischenabfluss,<br />
Oberflächenabfluss und Erosion (WALDENMEYER & CASPER 2001, CASPER<br />
2002, WALDENMEYER 2003).<br />
Das durch linienhafte Strukturen veränderte Abflussverhalten hat Einfluss auf den<br />
Wasserhaushalt des Waldbodens und auf die Vegetation des betroffenen<br />
Standortes. TAGUE & BAND (2001) haben das durch die Freisetzung von<br />
Zwischenabfluss und die rasche Dolen- und Gully-Ableitung des Wege- und<br />
Grabenwassers entstandene Feuchtedefizit und das damit einhergehende<br />
Verdunstungsdefizit berechnet (Abschn. 2.2.2). Danach lag das Feuchtedefizit im<br />
Testgebiet (Oregon/USA) an einem typischen Sommertag talseits der Wege<br />
zwischen 5 und 400 mm und das Verdunstungsdefizit zwischen 0,5 und 3 mm. Auch<br />
WEMPLE et al. (1996) und DHAKAL & SIDLE (2004) berichten von Veränderungen<br />
der Bodenfeuchte.<br />
3.3 Abflussbeschleunigung als Folge flächenhafter<br />
Bodendegradierung<br />
Die gute Geländegängigkeit moderner Holzerntemaschinen führt dazu, dass immer<br />
unwegsameres Gelände auch bei ungünstigen Bodenfeuchteverhältnissen befahren<br />
werden kann und keine Rückegassen mehr angelegt werden (EBERLE 1998). Der<br />
Einsatz schwerer Forstmaschinen kann die Infiltrationskapazität und die Leitfähigkeit<br />
des Waldbodens über Jahrzehnte schwächen, die Verminderung liegt bei 1 bis 1,5<br />
Größenordnungen (BOTT 2002). Auf Landwirtschaftsflächen sind<br />
Bodenverdichtungen erst nach 10 Jahren behoben (HORN 2003), und im Wald<br />
wurden sie als Folge von Holzschleifrunsen und Fahrspuren im Bestand noch nach<br />
vielen Jahren (HILDEBRAND 1983), nach 30 Jahren bei Frühjahrsabflüssen (JONES<br />
& POST 2004) oder nach 40 Jahren in einem Fichtenbestand (SCHENK et al. 2001)<br />
nachgewiesen. Messwerte der Infiltrationsrate von Rückegassen-Fahrspuren im<br />
Soonwald erreichten maximal 14,2 % gegenüber Referenzwerten ungestörter<br />
Standorte (KÖNIG 2001). Die dadurch verursachte flächenhafte Degradierung der<br />
21
wichtigen Oberbodenhorizonte beeinträchtigt die Infiltrationsleistung des Bodens<br />
besonders dann, wenn dabei die Rohhumusauflage (milder Humus) beseitigt wird.<br />
BORCHERT (1988) hat ein reduziertes Porenvolumen bis in 40 cm Tiefe<br />
nachgewiesen, auf Äckern reicht die Bodenverdichtung bis 70 cm Tiefe (HORN &<br />
HARTGE 2001), an einigen Standorten südniedersächsischer Lössflächen sogar bis<br />
80 cm (EHLERS et al. 2003), und aus CIR-Aufnahmen im Sommer 2000 ließ sich<br />
Wasser in alten Fahrspuren erkennen, die von Räumarbeiten durch unkoordinierte<br />
flächige Befahrung stammten (WAGELAAR 2001). Schwere Fahrzeuge können im<br />
Bestand selbst bei relativ niedrigen Bodenwassergehalten tiefgreifende plastische<br />
Veränderungen der Bodenstruktur verursachen, die noch nach 30 Jahren keine<br />
nennenswerte Regeneration zeigen (MATTHIES et al. 1995).<br />
Vorkehrungen zur bereits ansatzweisen Vermeidung solcher flächigen<br />
Bodenschäden werden von der Forstwirtschaft immer wieder empfohlen, z. B.<br />
Flächenbefahrung nur bei Frost oder geringer Bodenfeuchte, Einsatz von Pferden,<br />
Verwendung von Gerät mit Niederdruckreifen (Breitreifen) sowie Reisigauflagen<br />
(GÖTZ 1985, WEIXLER 1994, MATTHIES et al. 1995, BUG 2003). BECKER et al.<br />
(1989) erreichten bei Maschinenbefahrung auf einem Tonstandort in der Pfalz durch<br />
Reisigauflage auf den Feinerschließungslinien eine außerordentlich große<br />
Schutzwirkung.<br />
Linienhafte und flächenhafte Maßnahmen<br />
beeinflussen gleichermaßen den<br />
Oberflächenabfluss (incl. Bodenabtrag), den<br />
Hochwasserabfluss, die Bodenfeuchte und<br />
vermutlich auch den Niedrigwasserabfluss. Da<br />
beide Walderschließungsformen im Bereich der<br />
Feinerschließung ineinander übergreifen – hier<br />
findet man die Bezeichnungen Fahrlinie,<br />
Hilfsfahrlinie, Mogelgasse, Rückeweg,<br />
Rückegasse, Feinerschließungsweg,<br />
Erschließungslinie, Fahrspur, Befahrungsspur und<br />
Schleifrunse –, lassen sich ihre (negativen)<br />
Auswirkungen oft nicht trennen.<br />
So ergab eine Auswertung von 150 bis 375<br />
Einzelereignissen in kleinen Einzugsgebieten<br />
West-Oregons, dass Kahlschlag einschließlich dem<br />
damit verbundenen Straßenbau Scheitelaufhöhungen<br />
von 50 % bis 100 % zur Folge hat<br />
(JONES & GRANT 1996). Beide Eingriffe sind für<br />
einen steileren Anstieg und einen höheren<br />
Wellenscheitel verantwortlich, Kahlschlag<br />
vergrößert dabei die Abflussfülle, und Wege<br />
beschleunigen den Abflussabfall nach dem<br />
Scheitel (Abbildung 10).<br />
Abbildung 10: Kahlschlag und<br />
Forststraßen erzeugen einen<br />
steileren und höheren<br />
Hochwasserscheitel (JONES &<br />
GRANT 1996)<br />
Nachfolgend sind einige Aussagen zum Einfluss flächenhafter Maßnahmen auf<br />
Oberflächenabfluss und Hochwasser zusammengefasst.<br />
- Auf Kahlschlagflächen entsteht nur im Fall bodenschonender Bearbeitung kein<br />
Oberflächenabfluss (HESMER & FELDMANN 1953, REINHART 1964, HEWLETT<br />
& HIBBERT 1967, HEWLETT & HELVEY 1970), nach anderen Untersuchungen<br />
kann indirekt auf Oberflächenabfluss geschlossen werden. Aus<br />
22
Beregnungsexperimenten ist bekannt, dass auf repräsentativen Kahlschlagflächen,<br />
mehr noch auf Feinerschließungsfahrspuren und Schleifrunsen, rasch<br />
Oberflächenabfluss entsteht (CROKE et al. 1999, KÖNIG 2001).<br />
- Bei bodenschonender Bearbeitung sowie bei einem Anteil der betroffenen Fläche<br />
unter 10 % bis 30 % ist kein Einfluss auf Hochwasser festzustellen (HESMER &<br />
FELDMANN 1953, CHENG 1989, CAISSIE et al. 2002).<br />
- Es wird von unterschiedlicher<br />
Aufhöhung des Hochwasserscheitels<br />
berichtet (REINHART 1964, LYNCH &<br />
CORBETT 1982, KING & TENNYSON<br />
1984, JONES & GRANT 1996,<br />
CAISSIE et al. 2002), meist liegt<br />
dieser zwischen 11 % und 60 %<br />
(HEWLETT & HELVEY 1970,<br />
DICKISON et al. 1981, TROENDLE<br />
1987, BANASIK et al. 1988, IROUME<br />
et al. 2005), in Ausnahmefällen kann<br />
sich die Scheitelhöhe mehr als<br />
verdoppeln (NAKANO 1967,<br />
SWANSON & HILLMAN 1977,<br />
ZIEMER 1981, CHUBATYI 1981,<br />
MUMEKA 1986, BRAUD et al. 2001).<br />
Im Beispiel von KNAPP (1979) liegt<br />
die Scheitelabflusspende des<br />
Kahlschlaggebietes mit 1,3 m 3 /(s*km 2 )<br />
etwa 6-mal über der des 1 km<br />
entfernten Referenzgebietes<br />
(Abbildung 11).<br />
Abbildung 11: Hochwasser nach Kahlschlag, West<br />
Virginia/USA (KNAPP 1979)<br />
- Selten wird nach Kahlschlag auch Hochwasserminderung beobachtet (CHENG et<br />
al. 1975, ANDREASSIAN 2004). Hier wäre die Vergleichbarkeit der Gebiete (Klima,<br />
Boden, Geländeneigung) sowie der mögliche Einfluss von Astmaterial,<br />
Bodenvegetation und Schnee zu überprüfen.<br />
- Werden keine Forststraßen angelegt und bleiben die schützende Streuschicht und<br />
die stabile Bodenstruktur erhalten, so führt der Eingriff in den Waldbestand nicht<br />
notwendigerweise zur Hochwasserverschärfung; dies ergaben bereits die Coweeta-<br />
Experimente (LULL & REINHART 1972), später auch Untersuchungen von MILLER<br />
(1984) in Oklahoma/USA und von COSANDEY et al. (2005) in mediterranen<br />
Einzugsgebieten (hier insbesondere im Fall rasch nachwachsender<br />
Sekundärvegetation).<br />
- Die Streunutzung früherer Zeiten beeinflusst den Waldboden (und damit auch sein<br />
Abflussverhalten) noch heute, vermutlich in viel stärkerem Maß als die jetzigen<br />
waldbaulichen Maßnahmen (NAUMANN 1987).<br />
- Der unter unzersetzten Nadelstreudecken entstehende saure Rohhumus weist<br />
einen starken Benetzungswiderstand auf; indem er die Infiltration und die<br />
Versickerung in den Unterboden hemmt, trägt er zur Bildung von Abflusspitzen bei<br />
(JOST & OVERBECK 1952, KIRWALD 1976).<br />
- Szenariorechnungen vier jüngerer Hochwasserwellen im Enz-Nagold-<br />
Einzugsgebiet ergaben nur unter der „worst case“-Annahme 50 % Windwurffläche<br />
mit flächiger Bodendegradation Erhöhungen der Hochwasserabflusspitzen von 7 %<br />
bis 14 %, abhängig von der Gebietsfläche (hier 21,1 km 2 bis 1.478,7 km 2 ) und der<br />
Scheitelhöhe (Haag et al. 2005).<br />
23
- Kahlschlag verändert den Scheitel von Schneeschmelzhochwassern<br />
unsystematisch. Witterungsbedingt kann der Scheitel angehoben (BRANDT 1990)<br />
oder abgemindert werden (HARR & McCORISON 1979). WHITAKER et al. (2002)<br />
beobachteten beide Phänomene.<br />
3.4 Wassererosion als Folge von Oberflächenabfluss (Wege,<br />
Kahlschlagflächen) und Gerinneabfluss<br />
Die Bodenerosion gilt als Weltproblem und als komplexes Problem in der<br />
Landwirtschaft, ihr wird offensichtlich auch in Deutschland zu wenig Beachtung<br />
geschenkt (OLSCHOWY 1986, RICHTER 1998). Im Gegensatz zu<br />
Landwirtschaftsflächen zeichnet sich Wald, so wird im Schrifttum immer wieder<br />
behauptet, durch geringe Anteile des Oberflächenabflusses aus, weshalb<br />
konsequenterweise auch die Bodenerosion kaum eine praktische Bedeutung habe.<br />
Für den Maßstabsbereich (streubedeckter) Beregnungsflächen ist daran nicht zu<br />
zweifeln. Dasselbe gilt für ungestörte kleine Waldeinzugsgebiete mit<br />
vernachlässigbarem Oberflächenabfluss. Beispielsweise haben MAZUREK &<br />
WEGOREK (1987) in den Jahren 1962 und 1963 eine gänzlich unterschiedliche<br />
Ablagerung (Deposition) in den Bächen zweier benachbarter Einzugsgebiete<br />
beobachtet; im landwirtschaftlich genutzten Teilgebiet war die Ablagerung intensiv,<br />
im Gebiet mit hohem Bewaldungsprozent kam es zu keinerlei Ablagerung.<br />
Aber im forstwirtschaftlich und durch Freizeitaktivitäten genutzten Wald ist der<br />
Abtrag, der Transport und die Ablagerung von Bodenpartikeln oft in unerwartet<br />
hohem Ausmaß zu beobachten. Das Erosionsmaterial stammt von Flächen, an<br />
denen sich Oberflächenabfluss bildet und die dem Fließprozess ausgesetzt sind –<br />
Forstwege, Kahlschlagflächen, Fließgerinne und Runsen –, sobald bei hohem<br />
Durchfluss die Schubkraft des Wassers größer ist als der Scherwiderstand des<br />
Bodens und solange die Transportkapazität des fließenden Wassers nicht erschöpft<br />
ist (FOSTER 1982, FELDWISCH 1995). DE VENTE et al. (2005) ermittelten bei einer<br />
Schätzung des spezifischen jährlichen Sedimentaustrags aus 60 mesoskaligen<br />
Einzugsgebieten in Spanien den relativen Anteil der nichtvegetationsbedeckten<br />
Fläche als signifikanteste Einflussgröße, gefolgt vom Aufbau des Untergrundes; die<br />
Messwerte streuten etwa zwischen 90 t/km 2 und 1.000 t/km 2 .<br />
Die Ergebnisse der nachfolgend aufgeführten Untersuchungen sollen einen Eindruck<br />
von der Intensität des Erosionsprozesses als Folge menschlicher Eingriffe in das<br />
natürliche Waldökosystem vermitteln. Über die Quellen des Abtrags (Weg, Bach,<br />
Graben, Runse, Hiebfläche) wird der Leser oft im Unklaren gelassen.<br />
Zahlreiche Feldversuche haben gezeigt, dass Oberflächenabfluss und Bodenabtrag<br />
unterschiedlich von der Hangneigung abhängen. Für den Oberflächenabfluss wird<br />
ein positiver Zusammenhang nur im Bereich geringer Hangneigung festgestellt,<br />
FELDWISCH (1995) grenzt ihn für Landwirtschaftsflächen zwischen 1 % und 4 %<br />
ein, nach Zitaten von KELLER (1961) liegt er für Kahlschlagflächen zwischen 0 %<br />
und 3 %. Demgegenüber nimmt der Bodenabtrag auch oberhalb dieser<br />
abflusstypischen Grenze noch deutlich und signifikant zu, was schon die historischen<br />
Experimente im amerikanischen Mittelweste gezeigt haben (POPE 1946).<br />
Um schädlichen Oberflächenabfluss von Wegen zu vermeiden, sollten in hängigem<br />
Gelände bestimmte Grenzwerte für die Wegedichte, die Steigung der Waldwege und<br />
für den Dolenabstand eingehalten werden. Dadurch soll auch vermieden werden,<br />
dass sich Wegwasser schon in den Trassen des Oberhanges sammelt und somit<br />
24
konzentriert auf die Trassen des Unterhanges abfließt, wo es durch die üblichen<br />
Dolen nicht mehr abgeleitet werden kann (MAIERHOFER 1988).<br />
Aus Beobachtungen in dem australischen Tarago-Einzugsgebiet (Victoria, 65 km 2 )<br />
kann auf die Größenordnung der Erosions-Teilbeträge geschlossen werden. Je auf<br />
Einheitsfläche normiert lieferten die für den Einschlag gebauten (unversiegelten)<br />
Forststraßen im Mittel 20- bis 60 mal mehr Sediment als der ungestörte Wald und 10<br />
mal mehr als die Einschlagflächen, diese wiederum lieferten 1- bis 5 mal mehr als<br />
der ungestörte Wald (MOTHA et al. 2003).<br />
Allein der Schwebstoffaustrag aus bewaldeten Einzugsgebieten kann recht hohe<br />
Werte erreichen. Im Schönbuch wurden von SCHMIDT-WITTE & EINSELE (1986)<br />
für den Goldersbach beim April/Mai-Hochwasser 1983 ca. 60 t/km 2 gemessen, für<br />
das Kirnbach-Teilgebiet 75 t/km 2 .<br />
In dem kahlgeschlagenen Einzugsgebiet Lange Bramke im Oberharz lag der<br />
Schwebstoffaustrag im Jahre 1950 bei 56,6 t/km 2 , der Schwebstoffgehalt verreichte<br />
bei Hochwasser 550 kg/m 3 ; für das gleiche Jahr wurden im bewaldeten<br />
Nachbargebiet Wintertal 18,6 t/km 2 Schwebstoffaustrag und ein nur geringfügiger<br />
Schwebstoffgehalt ermittelt (DELFS et al. 1958).<br />
Während eines Sommerhochwassers im Einzugsgebiet des Fuldazubringers<br />
Elsterbach (4,2 km 2 , Reinhardswald) wurde eine Scheitelabflusspende von 477<br />
l/(s*km 2 ) und ein Schotter-Austrag von rd. 100 m 3 gemessen (BALÁZS 1976). Dieser<br />
geschätzte spezifische Schotter-Austrag von ca. 24 m 3 /km 2 dürfte eher im mittleren<br />
oder unteren Bereich liegen, da aus deutschen Mittelgebirgen weit höhere<br />
Scheitelabflusspenden bekannt sind, z. B. über 2.000 l/(s*km 2 ) beim<br />
Augusthochwasser 2002 in mehreren Einzugsgebieten der Mulde und an<br />
linksseitigen Elbenebenflüssen (SCHUMANN 2005), 3.500 l/(s*km 2 ) beim<br />
Julihochwasser 1966 im Kaufunger Wald (BENECKE et al. 1980) und ca. 16.800<br />
l/(s*km 2 ) beim Augusthochwasser 1951 im Nordschwarzwald in Rippoldsau/Wolf<br />
(SCHWARZMANN 1952); diese Hochwasserflut hat im 5,8 km 2 großen bewaldeten<br />
Kopfgebiet 15.000 bis 20.000 m 3 Gesteinsmaterial abgetragen.<br />
Besonders deutlich zeichnet sich die Wirkung von Wegebau und Kahlschlag in zwei<br />
kleinen Beskiden-Einzugsgebieten ab, da hier die Erosionsintensität von 1958 bis<br />
zum Beginn der Arbeiten in 1971/72 und danach bis 1985 gemessen wurde. Sie lag<br />
in der Eichperiode bei maximal 0,09 mm/a und nach dem Eingriff (Kahlschlag,<br />
Wegedichte 3%) bei ca. 3 mm/a, die Korrelation war zwischen Abtrag und<br />
Starkregenhöhe oberhalb von 30 mm signifikant. Zwei Sommer-<br />
Hochwasserereignisse in 1982 verursachten im Einzugsgebiet Mala Raztoka (2,02<br />
km 2 ) einen Sedimentaustrag (sediment flow) von 426,6 kg/km 2 bzw. 719,1 kg/km 2<br />
(JARABAC & CHLEBEK 1987).<br />
HEWLETT (1982b) beschreibt die Menge des Materialaustrags nach Straßenbau und<br />
Arbeiten im Bestand (Kahlschlag, Pflanzung); über 30 Jahre gemittelt lag er jährlich<br />
bei 90 t/km 2 , wovon 90 % auf Straßen und Fließgerinne entfielen (Abbildung 12).<br />
25
Abbildung 12: Materialaustrag aus einem bewaldeten Einzugsgebiet<br />
nach Forststraßenbau und Geländearbeiten (HEWLETT 1982b)<br />
WEMPLE et al. (2001) haben in einem bewaldeten Einzugsgebiet in Oregon/USA<br />
(119 km 2 , 230 km Wege) die durch Wegeabfluss verursachte Erosion beobachtet.<br />
Ein Hochwasser im Februar 1996 hat im oberen Teil des Gebietes (75 km 2 ) 5.450 m 3<br />
und im mittleren Teil (132 km 2 ) 14.655 m 3 Material abgetragen – also 73 m 3 /km 2 bzw.<br />
111 m 3 /km 2 –, 1/3 davon wurde im Tal wieder aufgelandet, der Rest ausgetragen.<br />
Zum Vergleich seien die in einem überwiegend landwirtschaftlich genutzten<br />
nordhessischen Einzugsgebiet (3,5 km 2 , 3,9 km/km 2 Wegedichte, 0,33 km 2 Siedlung)<br />
im Anschluss an einen Starkregen von ca. 75 mm gemessenen Werte genannt:<br />
1.800 m 3 /km 2 Abtrag, 1.430 m 3 /km 2 Auflandung und 370 m 3 /km 2 Austrag<br />
(BRUNOTTE 1992).<br />
Von heftigen Erosionserscheinungen nach Forststraßenbau wird aus zwei weiteren<br />
Einzugsgebieten in Oregon berichtet. Nach Straßenbau als Vorbereitung für späteren<br />
Kahlschlag führten zwei Starkregen zur Hangrutschung unterhalb einer Dole, zur<br />
Ausspülung fast der gesamten Gerinnestrecke und zur Zerstörung des Pegels durch<br />
Tonnen von Schutt (ROTHACHER 1970).<br />
REID & DUNNE (1984) schätzten den Abtrag bei einem Starkregen von 100 mm je<br />
km intensiv befahrenem Schotterwege auf 5,5 t.<br />
Der Abtrag als Folge von Forststraßenbau und Einschlag (65 %) in dem<br />
nordkalifornischen Einzugsgebiet Casper Creek, South Fork (4,24 km 2 ) wurde von<br />
RICE et al. (1979) gemessen; der Straßenbau nach einer fünfjährigen, nahezu<br />
abtragsfreien Eichperiode verursachte jährliche Abträge zwischen 25 m 3 /km 2 und 150<br />
m 3 /km 2 , nach dem zwei Jahre später vorgenommenen Einschlag stieg der Abtrag<br />
zunächst auf ca. 500 m 3 /km 2 und im Folgejahr auf ein Maximum von ca. 600 m 3 /km 2 .<br />
HAYDON et al. (1991) beobachteten auf unbefestigten Straßen (etwa 10 % Gefälle)<br />
in Neuseeland einen jährlichen Abtrag in Höhe von 45 bis 60 t je ha Straßenfläche;<br />
sie zitieren aus dem Schrifttum Abtragswerte von 0,1 bis 625 t je km und Jahr, was<br />
auf die unterschiedlichen Einflussgrößen wie Straßengefälle, Hangneigung, Art der<br />
Wasserableitung, Intensität der Befahrung und Art des Belages hinweist.<br />
Die erosive Wirkung des von Forststraßen ausgelösten Oberflächenabflusses<br />
illustriert auch eine Studie von MEGAHAN (1987), in der 24 Experimente aus dem<br />
26
westlichen Nordamerika mit Messwerten des Oberflächenabtrags, der Tiefenerosion<br />
und der Materialablagerung zitiert sind.<br />
Physikalisch begründete Simulationsmodelle des Erosionsprozesses befinden sich<br />
gegenwärtig noch in der Entwicklungsphase. Als analytischer Ansatz dient stets die<br />
Kontinuitätsgleichung, wonach die Änderung des Feststoffmassenstromes entlang<br />
des Fließweges die Summe von Abtragsrate und Depositionsrate ist (FOSTER 1982,<br />
GERITS et al. 1990, SCHMIDT 1998). Material-, Gelände- und Ereigniseigenschaften<br />
führen zu fallspezifischen Lösungen dieser Differenzialgleichung. Allerdings wird<br />
damit der reale Erosionsprozess nur vereinfacht wiedergegeben.<br />
Als Beispiel sei das in den USA entwickelte räumlich hochaufgelöste Modell WEPP<br />
genannt. Damit konnten AMORE et al. (2004) den Materialaustrag aus drei<br />
sizilianischen Einzugsgebieten (115, 185 und 570 km 2 ) simulieren, Messwerte des in<br />
unterliegenden Speichern abgelagerten Materials dienten zur Parametereichung.<br />
Das Modell besitzt zwar eine Wald-Routine, der Abtrag von Forststraßen und<br />
Hiebflächen kann aber wie auch in allen übrigen Erosionsmodellen nicht differenziert<br />
abgeschätzt werden.<br />
Dagegen Konnten LUCE & BLACK (1999) mit einem einfachen empirischen Ansatz<br />
den Abtrag entlang einer Forststraße abschätzen; in dem von ihnen benutzten<br />
Ausdruck k * L * S 2 bedeuten S das Gefälle und L die Länge eines von Dolen<br />
begrenzten Forststraßensegmentes, der Faktor k steht für die Textur des Bodens<br />
bzw. des Schotterbelags der Straße. Der mittlere Abtrag je Ereignis lag für hohes<br />
Gefälle (11 % bis 13 %) bei ca. 18 kg je m Straßensegment, in guter<br />
Übereinstimmung mit der Modellrechnung.<br />
Das wohl bekannteste empirische Erosionsmodell ist die sog. Allgemeine<br />
Bodenabtragsgleichung ABAG, auch Universal Soil Loss Equation (USLE). Sie<br />
wurde in den USA ursprünglich für die Schätzung des mittleren Bodenabtrags offener<br />
Landwirtschaftsflächen entwickelt, ausgeschlossen ist daher der Prozess der<br />
Materialablagerung.<br />
4. Empfehlungen zum Hochwasser- und Erosionsschutz im Wald<br />
Angesichts der vielfach beobachteten Intensität des Hochwasserablaufs – auch in<br />
den Einzugsgebieten des Rammert – stellt sich die Frage nach<br />
Minderungsmaßnahmen. Einige Methoden und Projekte des dezentralen<br />
<strong>Hochwasserschutz</strong>es haben FISCHER et al. (1998) vorgestellt. Im Schrifttum findet<br />
man zahlreiche Handlungsempfehlungen:<br />
- Die Richtlinien des DVWK (1999a) für den ländlichen Wegebau empfehlen die<br />
Ableitung von Weg-Oberflächenwasser zur Versickerung ins Gelände sowie in<br />
Mulden und Becken (Abbildung 13). An anderer Stelle wird den Wegen auf die<br />
Abflussbildung bei konvektiven Starkniederschlägen keine bzw. eine<br />
vernachlässigbare, höchstens eine mittlere Auswirkung beigemessen, auf die<br />
Abflusskonzentration eine mittlere bis starke Auswirkung (DVWK 1999b).<br />
- Im Mittelpunkt des Leitfadens für eine schonende Bewirtschaftung sensibler<br />
Niederschlagsflächen und Bachauen in der Waldwirtschaft steht die Ableitung des<br />
Wegwassers zur Versickerung im Waldkörper oder in Flutmulden (SCHÜLER 2000,<br />
Abbildung 14). Das Hochwassermanagement sollte sich – unabhängig von der<br />
Versickerungs- und Speicherleistung des Bodens – auf alle Maßnahmen zur<br />
Ausschöpfung einer maximal möglichen Retention konzentrieren: Infiltration von<br />
Wasser aus Linienstrukturen im Wald, Rückbau vorhandener Drainagesysteme und<br />
Schließung von Entwässerungsgräben (SCHÜLER et al. 2002).<br />
27
- Bausteine eines bereits in der Planungsphase befindlichen Konzeptes zum<br />
dezentralen integrierten Hochwasser- und Erosionsschutz im Kraichgau sind kleine<br />
Flächen zur Sediment- und Abflussretention in den Hochlagen des Einzugsgebietes<br />
(auch Mulden; 0,1 bis maximal 0,5 ha, Verwallung 0,5 bis 1 m) sowie Areale in den<br />
flachen Bachauen der oberen Seitentäler für die Hochwasserretention. Letztere<br />
sollten möglichst hinter bestehenden Dämmen von Querwegen und Bahndämmen<br />
angelegt werden (ASSMANN 1999,2001; MARENBACH 2002; ASSMANN &<br />
KEMPF 2004).<br />
- Das Büro für Umweltbewertung und Geoökologie (BUG 2003) empfiehlt<br />
Hochwasserrückhalt im Wald durch Ableitung, Versickerung oder<br />
Zwischenspeicherung von Grabenwasser in Waldflächen, die Schaffung<br />
miteinander vernetzter Tümpelsysteme sowie den Rückbau von Drainagegräben<br />
(Abbildung 15).<br />
- Das HESSISCHE MINISTERIUM FÜR UMWELT (1996) stellt im Rahmen von zwölf<br />
beispielhaften Projekten zum umweltgerechten Umgang mit Wasser auch das<br />
Flutmuldenprojekt in hessischen Forstämtern vor (Abbildung 16), dabei<br />
unterstreicht FÜHRER (1995) die Bedeutung von Stichgräben mit angeschlossenen<br />
Versickerungsmulden für die Oberflächenabflussminderung. Die Finanzierung des<br />
Muldenbaus wurde auch mit einer erhofften Verbesserung des<br />
Niedrigwasserabflusses begründet. Die Flutmuldenprojekte werden von den<br />
beteiligten Forstämtern und Kommunen positiv beurteilt, nach Aussagen des<br />
Tiefbauamtes der Stadt Bad Orb hat sich seit Anlage der Flutmulden im Stadtwald<br />
keine Überflutung der bachnahen Talauen mehr ereignet.<br />
- In einer Dokumentation von Beispielen der schonenden Bewirtschaftung von<br />
sensiblen Niederschlagsflächen und Bachauen in der Waldwirtschaft (REMMY<br />
2000) hat das Landesamt für Wasserwirtschaft Rheinland-Pfalz auch Maßnahmen<br />
zur Infiltration und Retention von Graben- und Wegwasser erfasst (IRMA II B 7,<br />
Aktion Blau). 7 Forstämter führen solche Maßnahmen bereits durch, in Einzelfällen<br />
wird an der Verhinderung der flächigen Befahrung von Beständen gearbeitet. Nach<br />
einem Bericht des MINISTERIUMS FÜR UMWELT UND FORSTEN (2001) hat in<br />
einem Forstrevier bei Ramstein die Ableitung von Wegwasser in den Bestand den<br />
Oberflächenabfluss soweit reduziert, dass die früheren Sandfangbecken jetzt<br />
überflüssig sind.<br />
Richtlinien für den ländlichen Wegebau (DVWK 1999a); Auszug<br />
- Eine angemessene Entwässerung wird durch eine ausreichende Verdichtung und Querneigung,<br />
durch funktionsgerechte Wegeseitengräben, Mulden, Rinnen und sonstige dränende und filternde<br />
Entwässerungseinrichtungen erreicht<br />
- Die Weiterführung des Wassers ist festzulegen<br />
- Die natürlichen Abflussverhältnisse sollen nicht verändert, möglichst wenig gestört werden<br />
- Die bestehende Vorflut soll erhalten bleiben<br />
- Wasser fließt ab, indem es schadlos mit natürlichem Gefälle in die Seitenräume verteilt wird<br />
- Oberflächenwasser des Weges soll möglichst rasch dem Grundwasser durch Versickerung in der<br />
Fläche zugeführt werden<br />
- Reicht dies nicht aus, kann der Abfluss durch natürliche und künstliche Geländemulden und<br />
Rückhaltebecken gebremst werden<br />
- Die Becken sind so zu bemessen, dass der Höchstabfluss nach dem Ausbau des Wegenetzes nicht<br />
größer ist als vor dem Wegebau. Sie sind harmonisch in die Landschaft einzubinden und naturnah<br />
zu gestalten.<br />
Abbildung 13: Richtlinien des DVWK (1999a) für den ländlichen Wegebau<br />
28
Schonende Bewirtschaftung sensibler Niederschlagsflächen und<br />
Bachauen in der Waldwirtschaft (SCHÜLER 2000); Auszug<br />
- Nicht benötigte Wege sind zurückzubauen<br />
- Wenig benutzte Wege sind bewachsen zu lassen<br />
- Wegwasser soll zwar abgeleitet aber danach im Waldkörper versickert werden, ggf. in Flutmulden<br />
und/oder über niedrige Erdwälle<br />
- Bachbegleitende Wege sollten einen Bachabstand von mindestens 25 m haben<br />
- Steillagen von über 60 % sind zu umgehen, Wege möglichst hangparallel<br />
- Keine Waldarbeiten im durchnässten Bodenzustand (betrifft speziell Rückewege)<br />
- Renaturierung der Gewässerrandstreifen sowie die Verlängerung der Fließstrecken<br />
und Verminderung der Fließgeschwindigkeit von Waldbächen.<br />
Abbildung 14: Schonende Bewirtschaftung sensibler Niederschlagsflächen und Bachauen in der<br />
Waldwirtschaft<br />
Hochwasserrückhalt im Wald, Maßnahmenvorschläge (BUG 2003); Auszug<br />
Vermeidung der schnellen Wasserabführung, bodenschonende Walderschließung:<br />
- Ableitung von Grabenwasser in Waldflächen zur Versickerung oder Zwischenspeicherung,<br />
Schaffung miteinander vernetzter Tümpelsysteme<br />
- Schonende Flächenerschließung durch maschinenbefahrbare Rückewege und Rückegassen oder<br />
Seillinienerschließung<br />
- Abflusshemmende Wegeführung durch hangparallele Anlage<br />
- Bodenschonender Maschineneinsatz, z. B. durch Reisigauflage<br />
Schutz abflussensibler Waldstandorte:<br />
- Rückbau von Drainagegräben<br />
- Erhaltung von Nasstandorten (Sonderbiotope) mit angepasster Vegetation.<br />
Abbildung 15: Hochwasserrückhalt im Wald, Maßnahmenvorschläge<br />
Kleine Flutmulden, Minderung von Oberflächenabfluss/Erosion<br />
Flutmulden in hessischen Forsrevieren (besichtigt am 21.11.2003)<br />
- Kronberg bei Königstein/Taunus: A = 4 km 2 ; 9 Mulden je ca. 150 m 3 und 40 Mulden je ca. 15 m 3<br />
für 2 km 2 , 1 HRB mit 6600 m 3 für 2 km 2<br />
- Niedermittlau bei Hasselroth/Spessart: A ≈ 1 km 2 ; 10 Mulden je ca. 150 m 3<br />
- Bad Orb/Spessart: A ≈ 30 km 2 , 390 Mulden mit je ca. 10 m 3 an fächerförmig in die Stadt führenden<br />
Wegen<br />
Wirkungsbereich Funktion der Flutmulden<br />
Oberfläche<br />
Boden<br />
Grundwasser<br />
(Anreicherg. erhofft)<br />
Ökologie<br />
Ökonomie<br />
(Kosteneinsparung)<br />
- Speicherung von Wege- und Grabenwasser; Retentionsmulde =<br />
Speichermulde<br />
- Versickerung von gespeichertem Wasser in der Mulde selbst;<br />
Versickerungsmulde<br />
- Gezielter Überlauf und Versickerung in versickerungsfähigem Umland;<br />
Überlaufmulde.<br />
- Schutz von Waldwegen und Gräben; Reduzierter Oberflächenabfluss<br />
mindert Abtrag von Schotter, Kies, Sand und Erde<br />
- Stabilisierung des Bachbettes; Minderung der Ausspülung und Einkerbung<br />
- Reduzierte Bodenablagerung in der Talaue.<br />
- Zusickerung in den Grundwasserkörper; höherer Niedrigwasserabfluss.<br />
- Kleinbiotop bei Dauerstau; Ansiedlung seltener Pflanzen und Tiere.<br />
- Wege; es entfällt Instandhaltung der Wege nach erosiven<br />
Oberflächenabflüssen<br />
- HRB; kleineres Beckenvolumen und weniger Ablagerung.<br />
Abbildung 16: Kleine Flutmulden, Minderung von Oberflächenabfluss/Erosion<br />
29
Begleitende hydrologische Untersuchungen mit belastbaren quantitativen Aussagen<br />
über die Auswirkung solcher <strong>dezentraler</strong> Maßnahmen auf den Gebietsabfluss und<br />
über ihre Übertragbarkeit fehlen noch. Das betrifft auch die Lockerung verdichteter<br />
Böden. Mit Tieflockerungsmaßnahmen kann im Freiland die Porengrößenverteilung<br />
und die Aggregatstabilität verdichteter Böden verbessert werden, was SCHRÖDER &<br />
SCHNEIDER (1999), SCHOBEL et al. (1999), SCHRÖDER et al. (2000) und NIEBES<br />
et al. (2001) am Beispiel großflächig angelegter höhenlinienparalleler<br />
Lockerungsstreifen gezeigt haben; die Infiltrationskapazität der gelockerten Volumina<br />
lag im Bereich von 254 cm/d und 554 cm/d, die gewonnene Speicherkapazität bei<br />
maximal ca. 50 l/m 3 . Allerdings bestehen Zweifel an der Nachhaltigkeit solcher<br />
Maßnahmen, falls das Wiederaufbrechen verdichteter Zonen seinerseits wiederum<br />
die Bodenfestigkeit reduziert. Alternativ stellen HORN & HARTGE (2001) eine<br />
Melioration durch künstliche Schaffung von senkrechten Bohrungen geringen<br />
Durchmessers zur Diskussion. Auch die streifenförmige und flächenhafte Fräsung im<br />
Tiefenbereich bis 40 cm kann ohne Beschädigung der Grobporen die<br />
Trockenraumdichte verringern, wie SCHNEIDER (1997) an mehreren<br />
Waldstandorten im Soonwald und der Eifel gezeigt hat. Die Beachtung der<br />
Bodenfeuchte beim Maschineneinsatz ist dabei stets von größter Bedeutung.<br />
Ganz besonders mangelt es aber an Erfahrung und Wissen über Bau, Funktion und<br />
Hochwasserrelevanz <strong>dezentraler</strong> Flutmuldensysteme. Wie sind Zulauf,<br />
Auslauf/Überlauf und Verwallung im Hinblick auf eine effektive Speicherfüllung und<br />
Reinfiltration zu gestalten? Welche Transformation erfährt dadurch die<br />
Hochwasserwelle?<br />
Ungeachtet der im hängigen Gelände wirksamen Druckmechanismen darf man<br />
davon ausgehen, dass die im Vergleich mit dem Oberflächenabfluss langsam<br />
ablaufende Wasserbewegung im Bodensubstrat in den meisten Fällen eine<br />
Retention, also eine zeitliche Verzögerung des Abflusses bewirkt (MOSLEY 1982,<br />
MEGAHAN 1987, BARSCH & MÄUSBACHER 1993, JÜRGENS 2001). MEGAHAN &<br />
CLAYTON (1983) haben aus Tracermessungen oberhalb einer Waldwegeböschung<br />
Fließgeschwindigkeiten ermittelt, die aufgrund der heterogenen<br />
Makroporenverteilung etwa von 35 cm/h bis über 120 cm/h streuen.<br />
Ein besserer Kenntnisstand wäre die Voraussetzung für die Akzeptanz und die<br />
flächendeckende Durchführung dieser Maßnahmen im Wald wie auf urbanen und<br />
landwirtschaftlich genutzten Flächen. Angesichts dieses Mangels reicht das<br />
Meinungsspektrum gegenwärtig von Zustimmung (z. B. Forstämter in Hessen und<br />
Rheinland-Pfalz) bis zu kritischer Distanz (z. B. KLEEBERG & WILLEMS 2001).<br />
In der Umsetzungsphase befinden sich das schwerpunktmäßig auf<br />
Landwirtschaftsflächen im Kraichgau ausgerichtete Projekt AMEWAM (UNI<br />
HOHENHEIM 2004) und das auch die Forsthydrologie einschließende EU-Projekt<br />
WARELA (s. Abschn. 6) in Rheinland-Pfalz (EU 2002). Beide Projekte unterstreichen<br />
aktuell den wachsenden Stellenwert flächenhafter <strong>dezentraler</strong><br />
Rückhaltemaßnahmen.<br />
Eine Reihe siedlungswasserwirtschaftlicher Projekte hat die Verbesserung der<br />
Grundwasserneubildung, die Entlastung der Fließgewässer und die<br />
Hochwasserminderung zum Ziel. So haben MAGIERA et al. (1998) das Potential der<br />
vom Naturraum abhängigen Muldenspeicherung und Muldenversickerung in urbanen<br />
Räumen Baden-Württembergs in Kartenform präsentiert. In den Einzugsgebieten der<br />
Saar und der Lausitzer Neisse wird vorbeugender <strong>Hochwasserschutz</strong> durch eine<br />
Kombination aus Mulde und Rigole erwartet (SIEKER 1999,2002), und im<br />
Teileinzugsgebiet eines Oberrheinzubringers (200 km 2 ) können nach<br />
30
Szenariorechnungen die dezentralen siedlungswasserwirtschaftlichen Maßnahmen<br />
eine Scheitelminderung bis 7 % bewirken (SIEKER et al. 2004).<br />
Der Abschlussbericht eines ATV-DVWK-Arbeitskreises über Möglichkeiten und<br />
Grenzen des dezentralen <strong>Hochwasserschutz</strong>es ist für 2005 in Aussicht gestellt<br />
(KOEHLER 2004).<br />
Dessen ungeachtet wird die Bedeutung <strong>dezentraler</strong> Maßnahmen bereits in den<br />
Kopfgebieten der Einzugsgebiete im Schrifttum vielfach hervorgehoben, einige Zitate<br />
mit deren essenziellen Aussagen sind in Abbildung 17 zusammengefasst.<br />
Bedeutung von Maßnahmen in den Kopfgebieten<br />
Verkürzte essenzielle Aussagen Autoren<br />
<strong>Hochwasserschutz</strong>konzepte müssen im Oberlauf der Flüsse<br />
beginnen, Rückhaltebecken sind anzulegen<br />
Im Einzugsbereich der Quell- und Nebenflüsse müssen alle<br />
Möglichkeiten zur Hochwasserrückhaltung genutzt werden (5-<br />
Punkte-Programm zum vorbeugenden <strong>Hochwasserschutz</strong>)<br />
Versickerungsräume sind zu schaffen, nicht erst in den Talauen,<br />
sondern bereits auf den Flächen der Abflussbildung<br />
Wasser aus höheren Lagen sollte vor Erreichen der Flussaue<br />
abgefangen werden<br />
Es gilt, die Bildung von Oberflächenabfluss in den (bewaldeten)<br />
Hochwasserursprungsgebieten zu verhindern<br />
Hochwasser entstehen in der Fläche und können hier auch stärker<br />
beeinflusst werden als allein in Auen und Poldern<br />
Beherrsche den Tropfen, den Strom bändigst du nie!<br />
Die Anlage von Rückhalteräumen im oberen Drittel des<br />
Einzugsgebietes (hier Beispiel Nahe) trägt überproportional zur<br />
Gesamtwirkung bei<br />
Wir können Hochwasser schon am Ort der Entstehung verringern<br />
und zurückhalten, den schnellen Abfluss bereits auf den Flächen<br />
vermeiden<br />
Ein Konzept, das die Ursachen der Hochwasser-Probleme<br />
angehen will, muss bereits in den oberen Bereichen des<br />
Gewässernetzes ansetzen<br />
Jeder Kubikmeter Wasser, der im Hochwasserfall im Oberlauf<br />
eines Gewässers zurückgehalten werden kann, ist ein Gewinn für<br />
alle Unterlieger und bringt volkswirtschaftlich den größten Nutzen.<br />
Abbildung 17: Bedeutung von Maßnahmen in den Kopfgebieten<br />
AIGNER et al. (2003)<br />
BMU (2002)<br />
BORK et al. (1998)<br />
BOTSCHEK et al. (1994)<br />
FÜHRER (1995)<br />
GREIVING (1999)<br />
LUDWIG (1969)<br />
MARENBACH (2002)<br />
MINISTERIUM FÜR UMWELT<br />
UND FORSTEN (2001)<br />
RICHTER & SIEGEL (2002)<br />
SCHAUPP (2001)<br />
Gleichzeitig wird auch bedauert, dass das Hochwassergeschehen in den oberen<br />
Bereichen des Gewässernetzes nicht dieselbe Aufmerksamkeit erfährt wie die<br />
wenigen medienwirksamen Überflutungen an den großen Flussläufen. Die<br />
Vereinigung Deutscher Gewässerschutz zitiert eine langjährige Statistik der<br />
Versicherer in Baden-Württemberg, wonach aus volkswirtschaftlicher Sicht die<br />
Schäden durch Sturzfluten in der Summe der Ereignisse oft höher sind als bei den<br />
großen Flusshochwassern, 60% der Hochwasserschäden fallen außerhalb der<br />
großen Flusstäler an (GRAW 2002). Auch kann die Schadenssumme der mittleren<br />
Hochwasser in n Jahren insgesamt höher sein als der Schaden des n-jährlichen<br />
Hochwassers (LFW 1997).<br />
Das Waldgesetz für Baden-Württemberg fordert in § 19, dass Waldwege so<br />
auszulegen sind, dass … der Naturhaushalt möglichst geschont wird (MINISTERIUM<br />
FÜR UMWELT UND VERKEHR 1995), konkrete Vorschriften zum Hochwasser- und<br />
Erosionsschutz (z. B. Abbildungen 13 - 16) fehlen.<br />
31
5. Klima und Wasserhaushalt - was vermuten und was wissen<br />
wir über das zukünftige Hochwassergeschehen?<br />
Um es vorwegzunehmen: Gesicherte Erkenntnisse über das zukünftige<br />
Hochwassergeschehen als Folge der bereits eingetretenen und prognostizierten<br />
Klimaänderung liegen nicht vor. Die Hydrologen und Meteorologen sind sich aber<br />
darin einig, dass die seit dem 19. Jahrhundert im Gang befindliche globale<br />
Erwärmung zu einer Intensivierung des hydrologischen Kreislaufes führt. Die<br />
Mitteltemperatur der bodennahen Luft hat auf der Nordhalbkugel von 1860 bis 1999<br />
um durchschnittlich 0,75 Grad zugenommen (IPCC 2001), global im 20. Jahrhundert<br />
um 0,6 Grad – anthropogen mitverursacht (GRASSL 2000, BMU 2003). Diese<br />
Erwärmung zeigt eine progressive Trendstruktur mit dem stärksten Anstieg in den<br />
letzten Dekaden (SCHÖNWIESE 2004).<br />
Eine Vorhersagemethode besteht darin, den gegenwärtigen Trend von Zeitreihen in<br />
die Zukunft zu extrapolieren; die Trendsignifikanz hängt bei dieser Vorgehensweise<br />
in vielen Fällen vom gewählten Zeitreihenbeginn ab (z. B. STRAUB 2000 und LfU<br />
2002).<br />
BARDOSSY (2004) konnte aus der Analyse jährlicher Hochwassermaxima von 1930<br />
bis 2003 zeigen, dass der positive Trend eines Kollektivs von 12 Pegeln in Baden-<br />
Württemberg bereits signifikant ist und damit auf einen Anstieg der<br />
Jahresextremwerte hinweist. Auch bei der Konferenz Klimaveränderung und<br />
Konsequenzen für die Wasserwirtschaft – Kooperationsvorhaben KLIWA (LFU 2004)<br />
wurde ein positiver Trend der Starkniederschläge und Hochwasser bestätigt<br />
(Klimawandel). CASPARY (2004) identifiziert die winterliche Wetterlage „Westlage<br />
zyklonal“ (Wz) als kritisch für die Hochwasserbildung an größeren Gewässern in<br />
Baden-Württemberg, nach dem Bruchpunkt 1981 in der Reihe der jährlichen<br />
Hochwassermaxima an vier süddeutschen Pegeln steigt die Häufigkeit der Wzverursachten<br />
Hochwasser regional an. Analog schlossen BARTELS et al. (2004) aus<br />
Teilzeitreihen der letzten 30 bis 40 Jahre auf häufigere Hochwasser mit<br />
zunehmenden Höchstabflüssen in süddeutschen Einzugsgebieten. In<br />
Problemeinzugsgebieten mit signifikanter Instationarität wären daher die<br />
Bemessungswerte neu festzulegen, dies ist für Baden-Württemberg, Bayern und<br />
Rheinland-Pfalz bereits in Bearbeitung (STRÄHLE 2004); eine pauschale Anhebung<br />
um einen festen Prozentsatz kann nach Untersuchungen von BARDOSSY (2005)<br />
und BRAHMER (2005) nicht empfohlen werden.<br />
In globalem Maßstab wird der Rückgang des Permafrostes, die negative<br />
Massenbilanz von Gletschern und die Schrumpfung der arktischen Eisdecke als<br />
Signal für eine Klimaänderung herangezogen:<br />
- Massenbilanz, Oberfläche, Akkumulation und Höhe von 300 untersuchten<br />
Gletschern zeigen einen negativen Trend (DYURGEROV 2003)<br />
- Auch Alpengletscher sind von dieser Entwicklung betroffen. Der Hintereisferner –<br />
ein extremes Beispiel – erlitt seit 1952 einen Wasseräquivalentverlust von 25 m<br />
und seit Mitte des 19. Jahrhunderts einen Volumenverlust von 1,0 km 3 (KUHN &<br />
ESCHER-VETTER 2004); der Vernagtferner schrumpfte von 1845 bis 1999 um<br />
680 Millionen Tonnen auf 1/3 seiner ursprünglichen Eismasse (BRAUN &<br />
WEBER 2003)<br />
- In der inneren Arktis wurde eine Schrumpfung der Meereisdecke in den letzten 3<br />
bis 4 Jahrzehnten bis zur Hälfte, an manchen anderen Stellen doch noch um 5 bis<br />
10 % gemessen (GRASSL 2000).<br />
32
Diese Entwicklung dürfte sich in den nächsten Jahrzehnten fortsetzen, nachdem für<br />
die Zeit bis 2100 eine deutliche Zunahme der bodennahen Lufttemperatur berechnet<br />
wurde. Für global gemittelte Jahresmittelwerte liegt diese Zunahme szenario- und<br />
modellabhängig zwischen 1,4 und 5,8 Grad, was aller Voraussicht nach eine<br />
Häufung von Wetter-Extremsituationen zur Folge haben wird (IPCC 2001, CUBASCH<br />
2004, SEN ROY & SINGH 2002, BMU 2003, MANABE et al. 2004, KUNDZEWICZ<br />
2004). Für Süddeutschland wurde ein Anstieg konvektiver Sommerregen bei<br />
gleichzeitiger Abnahme der Gesamtniederschlagshöhe berechnet (KNOCHE et al.<br />
2003), für Sachsen (Dekade 2041-2050) eine trockenere Witterung im Sommer mit<br />
häufigen örtlich begrenzten Extremniederschlägen (KÜCHLER (2004) und für das<br />
Mulde-Einzugsgebiet (südliche Elbe) in der Periode bis 2100 ebenfalls eine<br />
Abnahme des Niederschlags und damit des mittleren Abflusses (MENZEL &<br />
BÜRGER 2002). GERLINGER (2004) schließt aus Modellrechnungen (Modelle von<br />
Meteo-Research und Max-Planck-Institut für Meteorologie) unter Verwendung<br />
regionaler Klimaszenarien auf eine Zunahme der Hochwasser im<br />
Neckareinzugsgebiet, speziell der mittleren Winterhochwasser und der extremen<br />
Hochwasser.<br />
Eine Reihe von Szenariorechnungen deutet darauf hin, dass sich das Abflussregime<br />
im gesamten Alpenbereich hin zu erhöhtem Winterabfluss und zu abnehmendem<br />
Sommerabfluss verschieben wird, in Teilregionen ist mit einer Halbierung der<br />
Tageswerte von Sommerabfluss und Frühjahrs-Schneeäquivalent zu rechnen<br />
(VERBUNT & GURTZ 2004, ZIERL & BUGMANN 2005).<br />
Räumlich kleinskalige Vorhersagen führen noch zu unsicheren Ergebnissen, ein<br />
Problem der verwendeten Zirkulationsmodelle (Nordatlantische Oszillation, NAO-<br />
Index) und der Downscalingmethoden – hier bei sehr heterogenem und räumlich<br />
trendbehaftetem Wettergeschehen (KOTLARSKI et al. 2004, NACHTNEBEL &<br />
FUCHS 2004, ZEHE et al. 2004, EKSTRÖM et al. 2005). Grundsätzlich stoßen<br />
Modellrechnungen an ihre Grenzen, wenn der vorhergesagte Anstieg bereits in der<br />
Größenordnung des Modellfehlers liegt. THIEKEN et al. (2003) konnten dies am<br />
Beispiel des 100-jährlichen Hochwassers der Periode 2061-2090 im Einzugsgebiet<br />
der Mosel zeigen, BOOIJ (2005) macht den stochastischen Charakter des<br />
Niederschlagsprozesses und Differenzen der Klimamodelle für das unsichere<br />
Rechenergebnis verantwortlich.<br />
Dessen ungeachtet ist – in Übereinstimmung mit den Referenten der o. g. Konferenz<br />
– an der Zunahme kritischer Wetterlagen in Südwestdeutschland als Ursache für die<br />
Entstehung extremer Hochwasser nicht zu zweifeln, auch wenn die Aussagen der<br />
verschiedenen Klimamodelle hinsichtlich der Verteilung der Extreme<br />
auseinandergehen.<br />
Die Effekte des beschleunigten hydrologischen Kreislaufes überlagern sich mit<br />
denjenigen der zu erwartenden Landnutzungsänderungen. Da diese die<br />
Auswirkungen des Klimawandels regional durchaus überprägen können, bedarf die<br />
Hypothese, dass mit dem Klimawandel auch ein Hochwassertrend einhergeht, im<br />
Einzelfall noch der Quantifizierung (LAWA 1995, DEWALLE et al. 2000,<br />
PRUDHOMME et al. 2003, ETH ZÜRICH 2003, HELMS & IHRINGER 2003,<br />
HELLEBRAND et al. 2005).<br />
33
6. Schlussbemerkungen<br />
Aufgabe des vorstehenden Literaturrecherche war/ist es, Informationen zum Thema<br />
Abfluss und Hochwasser in kleinen bewaldeten Einzugsgebieten zu sammeln und<br />
die einzelnen Themenbereiche repräsentativ und kompakt darzustellen. Dabei<br />
konnte aus der Fülle der Fachliteratur auch wertvolles Wissen ans Tageslicht<br />
gefördert werden, das bisher unbeachtet geblieben oder in Vergessenheit geraten<br />
war. Dass eine Bestandsaufnahme naturgemäß nicht objektiv ausfallen kann, liegt<br />
sowohl am Verfasser als auch am Quellenmaterial selbst: nicht selten wird die<br />
Wahrheitssuche durch unübersichtliche Ergebnispräsentation, Verwendung unklarer<br />
Begriffe, unbestätigte persönliche Meinungen, Wiederholungen oder unerwartet gut<br />
mit der Wirklichkeit übereinstimmende Modellrechnungen erschwert.<br />
Dem interessierten Leser sei die Lektüre der Originaltexte empfohlen. Er erhält damit<br />
weiterführende Informationen z. B. über die jeweiligen Versuchsbedingungen, die<br />
sich oft gänzlich unterscheiden können; viele der vorgestellten<br />
Untersuchungsergebnisse lassen sich nur im weiteren Kontext z. B. von Daten-,<br />
Gebiets- und Modelleigenschaften beurteilen und übertragen.<br />
Trotz der großen Anzahl an Fachpublikationen über die Funktion des Waldes im<br />
Landschaftswasserhaushalt ist ein immer noch lückenhafter Wissensstand nicht zu<br />
übersehen. So sollte die aus Beobachtungen, Vergleichsexperimenten und<br />
Modellrechnungen gezogene Schlussfolgerung, dass Wald hochwassermindernd<br />
wirkt, fallweise überprüft werden. Denn in bewaldeten Einzugsgebieten kann sich die<br />
Höhe des Hochwasserscheitels als Folge anthropogener Maßnahmen (Monokultur,<br />
Gelände- und Bodenveränderungen) deutlich erhöhen, ja sogar verdoppeln. Alle<br />
Bewirtschaftungsmethoden, die mit Straßen/Wegen, Dolen, Entwässerungsgräben,<br />
Einschlag/Kahlschlag, Auslichtung und Beweidung verbunden sind und damit<br />
Bodenveränderungen (Verdichtung, reduzierte Infiltrationsraten) nach sich ziehen,<br />
haben potentiell mehr Einfluss auf die Hochwasserbildung als das Vorhandensein<br />
oder Nichtvorhandensein von Wald selbst (CALDER 1992).<br />
Die vielen Maßnahmen, den Oberflächenabfluss zur Retention und Reinfiltration in<br />
die Bestände abzuleiten, werden von den beteiligten Forstämtern und Kommunen<br />
positiv kommentiert; es liegen allerdings noch keine genauen und übertragbaren<br />
Zahlenangaben über ihr Hochwasser- und Erosionsminderungspotential vor.<br />
Experimente zur Ermittlung oder Anhebung des nutzbaren Wasserdargebots des<br />
Waldes sind dann als kritisch zu beurteilen, wenn sie den durch die genannten<br />
Eingriffe entstandenen schnellen Abfluss als nutzbar bilanzieren, obwohl dieser die<br />
Ursache für Hochwasserverschärfung und Oberflächenabfluss mit schweren<br />
Erosionsschäden sein kann. Schneller Abfluss ist nicht oder nur bedingt – z. B. für<br />
Stauanlagen – nutzbar.<br />
Es steht eine ganze Reihe von Fragen auf der Liste der hydrologischen<br />
Forschungsdefizite, stichwortartig wären dies z. B.:<br />
- Wie groß ist das tatsächlich nutzbare Wasserdargebot des Waldes in einem<br />
definierten Einzugsgebiet?<br />
- Welches sind die Abfluss-Steuerungsmechanismen im Skalenbereich von<br />
Hängen und kleinen Einzugsgebieten (naturnaher und Wirtschaftswald, bei Hoch-<br />
und Niedrigwasser)?<br />
- Wie wirken sich die anthropogenen Boden- und Geländeveränderungen auf den<br />
Stoff- und Wasserhaushalt des Waldes aus?<br />
34
- Wie groß ist das Minderungspotential <strong>dezentraler</strong> Maßnahmen?<br />
- Welche Größen bestimmen die Übertragbarkeit von Mess- und<br />
Modellergebnissen?<br />
Insbesondere fehlen entsprechende experimentelle und modellhinterlegte Aussagen<br />
für typische waldbauliche Standorte. Antworten darauf können im Sinne einer<br />
Denkschrift der Deutschen Forschungsgemeinschaft nur in inter- und<br />
transdisziplinärer Zusammenarbeit gefunden werden (DFG 2003); im besonderen<br />
wird in dieser Denkschrift vor einer nichtnachhaltigen verkehrstechnischen<br />
Erschließung hochwassermindernder Gebiete gewarnt.<br />
In den Abbildungen 13, 14 und 15 sind Richtlinien, Empfehlungen und<br />
Maßnahmenvorschläge zusammengestellt, die zur Minderung von<br />
Oberflächenabfluss, Erosion und Hochwasser beitragen können. Beispiele bisher<br />
bekannt gewordener und offenbar erfolgreich umgesetzter Maßnahmen enthält<br />
Abbildung 16.<br />
So wie die Erforschung der Abflussbildung des Experimentes und der gleichzeitigen<br />
Modellentwicklung bedarf, so bedarf auch die forsthydrologische Forschung für die<br />
Entwicklung einer Theorie des hydrologischen Systems Wald des Wechselspiels von<br />
Modellierung und gezielter prozessorientierter Untersuchung (KREUTZER 1982,<br />
ROBINSON 1993a, UHLENBROOK 2005). Zur forsthydrologischen Forschung – also<br />
auch zur Aufarbeitung der angedeuteten Forschungsdefizite – bieten sich in Europa<br />
die im ERB-Netzwerk erfassten Experimental- und Repräsentativgebiete an<br />
(IHP/HWRP 2004, CEMAGREF 2005). Allein Deutschland, Österreich und die<br />
Schweiz verfügen über mehrere Dutzend dichtinstrumentierte Testgebiete<br />
(KIRNBAUER et al. 2000, IHP/OHP 2003). In sieben weiteren kleinen rheinlandpfälzischen<br />
Test-Einzugsgebieten wird von 2002 bis 2006 im Rahmen von<br />
INTERREG III B (WARELA) das dezentrale Wasserrückhaltepotential der Bereiche<br />
Forst (zwei Gebiete), Landwirtschaft, Siedlung und Verkehr untersucht (EU 2002).<br />
Das bereits genannte Einzugsgebiet des Martinsbachs würde sich zur Untersuchung<br />
der regionalen Hochwasserprobleme in südwestdeutschen Keuperlandschaften<br />
eignen. Hierzu könnten Vorarbeiten der FH Rottenburg Verwendung finden<br />
(WAGELAAR 2001, LUIG 2003, OTTMÜLLER 2004, STRAUB 2004, THOMA 2004).<br />
35
Literatur<br />
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Augusthochwasser 2002 im Elbegebiet und notwendige Schlussfolgerungen. Wasserwirtschaft<br />
93(1-2), 36-40.<br />
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WHITAKER, A., Y. ALILA & J. BECKERS (2002): Evaluating peak flow sensitivity to clear-cutting in<br />
different elevation bands of a snowmelt - dominated mountainous catchment. WRR 38(9), 11-1 -<br />
11-17.<br />
WITTE, W., P. KRAHE & H.-J. LIEBSCHER (1995): Rekonstruktion der Witterungsverhältnisse im<br />
Mittelrheingebiet von 1000 n. Chr. bis heute anhand historischer hydrologischer Ereignisse.<br />
Koblenz, Internationale Kommission für die <strong>Hydrologie</strong> des Rheingebietes, KHR-Bericht II-9, 64 S.<br />
ZEHE, E. (1999): Stofftransport in der ungesättigten Bodenzone auf verschiedenen Skalen. IHW der<br />
Universität Karlsruhe, Mitteilung 64, 184 S. + Anhang (Symbole, Abbildungen, Tabellen, A1-A5).<br />
ZEHE, E., J. STEHLIK & A. BARDOSSY (2004): Hydrologische Auswirkungen eines<br />
Klimaänderungsszenarios im Rheineinzugsgebiet. Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft<br />
56(7-8), 103-113.<br />
ZEHE, E. & G. BLÖSCHL (2004): Predictability of hydrologic response at the plot and catchment<br />
scales: Role of initial conditions. WRR 40(10), W10202 1-21.<br />
ZIEMER, R. R. (1981): Storm flow response to road building and partial cutting in small streams of<br />
northern California. WRR 17(4), 907-917.<br />
ZIERL, B. & H. BUGMANN (2005): Global change impact on hydrological processes in Alpine<br />
catchments. WRR 41(2), W02028 1-13.<br />
ZINKE, P. J. (1967): Forest interception studies in the United States. Forest Hydrology, Pergamon<br />
Press, New York, 137-161.<br />
Dank:<br />
Mitarbeitern der Bundesanstalt für Gewässerkunde bin ich für viele wertvolle Hinweise dankbar. Ein<br />
besonderer Dank gilt darüber hinaus Dipl.-Geograph Peter Fischer für die kritische Durchsicht des<br />
Manuskripts.<br />
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