Hydrologie - dezentraler Hochwasserschutz

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Frühe Aussagen zur Hochwasserrelevanz von Wald und Forststraßen Autoren Wald Forststraßen ENGLER (1919) BATES & HENRY (1928) BURGER (1937) BURGER (1943) Hochwasserscheitel im bewaldeten Sperbelgraben 30 bis 50 % niedriger Scheitel der Frühjahrshochwasser im kahlgeschlagenen Experimentalgebiet ca. 40 % höher - Scheitelabflusspende bei zwei Gewitterregen im bewaldeten Sperbelgraben 1,8 bzw. 2,4fach geringer VALEK (1959) Scheitelabflusspende eines Nachmittagregens im Waldgebiet 0,35 m 3 /(s*km 2 ), im landwirtschaftlich genutzten Vergleichsgebiet 2,02 m 3 /(s*km 2 ) - Abbildung 2: Frühe Aussagen zur Hochwasserrelevanz von Wald und Forststraßen Im Gefolge dreier Gewitterregen lieferten die Wege (3,8 % Flächenanteil) 12 bis 43 % der Flutwelle - Entwässerungsgräben im Wald beschleunigen den Abfluss in den ersten 2 bis 3 Jahren Im Jahre 1953 veranstaltete der Arbeitskreis „Wald und Wasser“ seine erste Aussprachetagung (FRIEDRICH 1954a). Dieser lose Zusammenschluss von Fachleuten der verschiedensten Wissenszweige, die an dem Thema Wald und Wasser interessiert sind, hat mit seinen Mitteilungen und Aussprachetagungen ganz wesentlich zur Verbreitung des forsthydrologischen Wissens im deutschsprachigen Raum beigetragen. 2.2 Methoden forsthydrologischer Forschung 2.2.1 Vergleichsexperimente zur Ermittlung des nutzbaren Wasserdargebots (Wasserertrag) Zu den Aufgaben der forsthydrologischen Forschung zählt die Untersuchung des Einflusses des Waldes auf die Höhe und die zeitliche Verteilung des Abflusses (BRECHTEL 1969). Dabei finden neben Versuchsflächenexperimenten und Simulationsverfahren (s. u.) mehrere Methoden des Einzugsgebietsvergleichs Anwendung. Als besonders erfolgreich hat sich die Methode des Parallelexperimentes (paired catchment experiment) herausgestellt, bei der der Abfluss zweier oder mehrerer Einzugsgebiete beobachtet wird, die sich möglichst nur in dem Merkmal Bewaldungsprozent unterscheiden. Handelt es sich um zwei zunächst bewaldete Einzugsgebiete, von denen eines durch waldbauliche Eingriffe – z. B. Kahlschlag – verändert wird (Experimentalgebiet) und das zweite unverändert bleibt (Kontroll-, Referenz- oder Standardgebiet), so bedarf es einer längeren Eichphase (Vorlaufzeit, Kalibrierungsphase). 6 -
Im Fall historisch unterschiedlich genutzter Einzugsgebiete – z. B. Grünland/Landwirtschaft bzw. Wald – entfällt zwar die Eichphase, der Einfluss weiterer Merkmale kann hier aber nicht ausgeschlossen werden. Beim Vorher-Nachher-Experiment eines einzelnen Einzugsgebietes (Einzel- Einzugsgebietsverfahren, single watershed experiment) ist eine vorausgehende regressionsanalytische Witterungseichung erforderlich. Inzwischen wurden weltweit mehr als 100 Vergleichsexperimente durchgeführt. Besondere Aufmerksamkeit erfuhren die amerikanischen Experimenten in Colorado (Wagon Wheel Gap, BATES & HENRY 1928) und in Nord Carolina (Coweeta, z. B. SWANK et al. 1988). HIBBERT (1967), BOSCH & HEWLETT (1982), HEWLETT (1982a), MEGAHAN (1987), ANDREASSIAN (2004) und JONES & POST (2004) haben die Ergebnisse dieser und weiterer Experimente zusammengefasst. Kommentare hierzu enthalten die Schriften von FÜHRER (1990), BURCH et al. (1996) und MOESCHKE (1998). Hieraus lässt sich entnehmen: - Wald verbraucht Wasser, er senkt den Gebietsabfluss. Ab einem bestimmten Einschlag-Flächenanteil, der zwischen 15 % und 20 % liegt, steigt das jährlich nutzbare Wasserdargebot etwa linear an, abhängig besonders von der Bestandesart, der örtlichen Verteilung des Waldes (LIU 1987) und den Klimaverhältnissen. Das durch Kahlschlag gewonnene Dargebot kann kurzzeitig 350 mm/a erreichen (HORNBECK et al. 1993) und in niederschlagsreichen Regionen 600 mm/a übersteigen (BOSCH & HEWLETT 1982). - Wald mindert Hochwasser. Der Hochwasserscheitel des Experimentalgebietes (Kahlschlag/Einschlag) übersteigt fast immer denjenigen des bewaldeten Kontrollgebietes. Beispielsweise stieg der Wellenscheitel in einem kleinen kanadischen Einzugsgebiet um über 50 %, nachdem die Einschlagfläche von 45 % auf 85 % ausgedehnt wurde (GUILLEMETTE et al. 2005). Nach einer Faustregel der Verfasser dieser Arbeit bewirken 50 % Einschlagfläche 50 % Scheitelanhebung, und über dieser Grenze ist mit signifikanter Bacherosion zu rechnen. – In den eingesehenen Arbeiten streuen die relativen Scheitelaufhöhungen erheblich, die Spannweite erstreckt sich von – 5 % bis + 104 %; einzelne Autoren melden noch höhere Werte. - Wald ist einer von mehreren Faktoren mit Wirkung auf den Niedrigwasserabfluss. Einige wenige Autoren interpretieren ihre Messungen dahingehend, dass Wald eine vorwiegend positive Wirkung auf den Niedrigwasserabfluss ausübt. Dies schloss BURGER (1943,1954) aus der Analyse der Trockenwetterauslauflinien zweier unterschiedlich bewaldeter Einzugsgebiete in der Schweiz, 3 bis 13 Tage nach Niederschlagsende lag die Abflusspende des bewaldeten Gebietes stets über der des nur teilbewaldeten. In Hessen lag die Niedrigwasserabflusspende eines zu 71 % bewaldeten Einzugsgebietes (Bieber, 83 km 2 ) über derjenigen des etwa 10 km entfernten und nur zu 30 % bewaldeten Gebietes (Salz, 88 km 2 ) (SCHWARZ 1974). 12,0 l/(s*km 2 ) und 4,3 - 9,3 l/(s*km 2 ) lauten die Vergleichszahlen zweier zu 97 % bzw. 29 % bewaldeter Teilgebiete des Burrishoole in NW-Irland (MÜLLER & MOLDENHAUER 2005). COSANDEY et al. (2005) konnten in 14 südfranzösischen Einzugsgebieten hinsichtlich der Merkmale Wald, Kahlschlag und Waldbrand keinen systematisch unterschiedlichen Niedrigwasserabfluss feststellen. Den meisten Untersuchungen zufolge spiegelt sich im Niedrigwasserabfluss eher die Hydrogeologie des Einzugsgebietes (Hydrogeologischer Index; DEMUTH & HAGEMANN 1993) bzw. die wasserzehrende Eigenschaft des Waldes, nachzulesen 7
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