Die unbekannte dritte Dimension: Geländehöhen, Gewässertiefen und Dynamik österreichischer Donaulandschaften vor der Regulierung

摘要

River landscapes are multidimensional ecosystems characterized by diverse spatio-temporal interrelations. Longitudinal interactions along the river continuum and lateral exchange processes between river and floodplain are common focal points in river restoration projects. Vertical interactions, such as between aquatic habitats and river bottom (hyporheic interstitial) or between groundwater and terrestrial habitats, are often only addressed in planning schemes, if the impairments of ecological functions and human uses are already evident. This partly reflects the dearth of well-founded basic data on the configuration of river landscapes prior to regulation in the vertical dimension. Consequently, only few reference data are available for designing adapted restoration measures. Several research projects in recent years have yielded new insights into the three-dimensional hydromorphologi-cal configuration of Austrian Danube landscapes in the early and mid-19th century. They enable the height of different ecomorphologically significant terrain zones within the floodplain to be specified in respect to characteristic Danube water levels. Each of these zones corresponds to a particular morphological stage of development and fulfills specific ecological functions. Reconstructions of the groundwater tables at mean water level within the modern, up to 500-years-old floodplain show that these were on average only 1.6-1.9 m below the terrain surface. In comparison, today the groundwater table depths amount to c. 3 m or more. The water bodies of the Danube were formerly not only much broader, but also much shallower. Accordingly, shallow, up to 1-meter-deep water zones originally amounted to c. 8.1 ha per km linear distance at summer mean water level. In contrast, the current value is 1.2 ha, representing an 86 % decrease. This calculation omits the formerly numerous lotic side arms with comparable habitats that no longer exist today. Particularly interesting insights were obtained regarding the historical morphological dynamics of the Danube. In the course of avulsive shortenings of Danube main arms, an average 3 million m~3 of sediments were eroded annually between 1812 and 1817, and 2.6 million m~3 were redeposited in the same floodplain. About 0.4 million m~3 were discharged each year from the system and transported further downstream. Importantly, such massive turnover processes did not occur permanently within a particular river section. In subsequent years, the eroded volumes dropped significantly, with deposition clearly exceeding erosion. The intensive morphological dynamics were reflected in significant drawdowns and uplifts of the water and groundwater levels within the floodplain. Despite the extensive changes in the river landscape, in total these hydrodynamics remained roughly balanced. Other examined parameters indicate that -viewed over larger areas and longer time periods - the hydromorphologi-cal configuration of the river landscape remained in dynamic equilibrium or a type of steady state. Today, along the Danube River and most other major rivers, floodplains show much higher terrain levels in relation to the water or groundwater level than prior to regulation. Riverbed deepening, combined with constantly increasing levels of the floodplain terrain due to flood-related sediment deposition, led to a progressing vertical decoupling of aquatic and terrestrial habitats in the river-floodplain systems. Depths of the groundwater table relative to the terrain surface increased and formerly wet, moist or fresh sites of softwood forests were successively lost. The examples from the history of the Austrian Danube River illustrate that a river-typical - and in the case of the Danube River high - intensity of fluvial dynamics is crucial in maintaining a heterogeneous habitat complex. These processes regenerate and rejuvenate large parts of the aquatic and terrestrial habitats in relatively short periods of time.%Flusslandschaften sind multidimensionale, durch vielfältige räumlich-zeitliche Wechselbeziehungen geprägte Ökosysteme. Lon-gitudinale Interaktionen entlang des Flusskontinuums sowie laterale Austauschprozesse zwischen Fluss und Augebiet stehen bei Restaurationsprojekten zumeist im Vordergrund. Vertikale Wechselwirkungen, wie zum Beispiel zwischen Wasserlebensraum und Flusssohle (hyporheisches Interstitial) oder zwischen Grundwasser und terrestrischen Habitaten, werden oft erst dann in die Planungen miteinbezogen, wenn die Beeinträchtigungen ökologischer Funktionen und menschlicher Nutzungen bereits offensichtlich sind. Dies liegt zum Teil auch daran, dass für die Zeit vor der Regulierung kaum fundierte Grundlagendaten über die Ausformung unserer Flusslandschaften in vertikaler Dimension vorliegen, an denen man sich bei Planungen orientieren könnte. Ergebnisse mehrerer Forschungsprojekte aus den letzten Jahren gewähren neue Einblicke in die dreidimensionale hydromorphologische Ausprägung der österreichischen Donaulandschaften zu Beginn und Mitte des 19. Jahrhunderts. Sie erlauben eine konkrete höhenmäßige Einstufung verschiedener, ökomorphologisch relevanter Geländezonen innerhalb des Augebiets in Bezug zu charakteristischen Wasserständen der Donau. Jede dieser Zonen entspricht einem bestimmten morphologischen Entwicklungsstadium und erfüllt unterschiedliche ökologische Funktionen. Rekonstruktionen der Flurabstände innerhalb des neuzeitlichen, bis zu 500 Jahre alten Augebiets zeigen, dass diese bei Mittelwasser mit durchschnittlich rund 1,6-1,9 m relativ gering waren. Im Vergleich dazu liegen heute die Flurabstände bei rund 3 m oder darüber. Der Wasserkörper der Donau war ehemals nicht nur viel breiter, sondern auch wesentlich flacher ausgebildet als heute. So nahmen bis zu einem Meter tiefe Flachwasserzonen bei sommerlichem Mittelwasser ehemals ca. 8,1 ha pro km Luftlinie ein, während sie aktuell nur mehr bei 1,2 ha liegen. Dies entspricht einem Rückgang um 86 %. Dabei ist noch nicht berücksichtigt, dass es ehemals auch zahlreiche durchströmte Nebenarme mit vergleichbaren Habitaten gab, die heute nicht mehr existieren. Besonders interessante Einblicke ergeben sich bezüglich der historischen Umlagerungsdynamik der Donau. Im Zuge von avulsiven Laufverkürzungen von Donauhauptarmen wurden zwischen 1812 und 1817 im Mittel jährlich 3 Millionen m~3 an Material erodiert und 2,6 Millionen m~3 innerhalb desselben Augebiets wieder abgelagert. Rund 0,4 Millionen m~3 wurden durchschnittlich jedes Jahr aus dem System ausgetragen und weiter flussabwärts transportiert. Eine derart intensive Umlagerungsdynamik ereignete sich jedoch innerhalb eines bestimmten Flussabschnitts nicht permanent. In den Folgejahren reduzierten sich die erodierten Volumina erheblich, während die Ablagerungen leicht überwogen. Die intensive morphologische Dynamik spiegelte sich auch in signifikanten Absenkungen und Hebungen der Wasser- bzw. Grundwasserspiegellagen innerhalb des Augebiets wider. Trotz der umfassenden Veränderungen der Flusslandschaft blieben diese in Summe jedoch annähernd ausgeglichen. Auch andere untersuchte Parameter deuten darauf hin, dass sich die hydromorphologische Ausformung von Aulandschaften über größere Flächen und längerfristig betrachtet in einem dynamischen Gleichgewicht oder quasistationären Zustand („steady state") befanden. Nicht nur an der Donau, sondern entlang der meisten größeren Flüsse haben die Augebiete heute wesentlich höhere Geländelagen in Relation zum Wasser- bzw. Grundwasserspiegel, als dies vor der Regulierung der Fall war. Eintiefung der Flusssohle einerseits und durch Ablagerung von Sedimenten bei Hochwässern stetig auflandende Augebiete andererseits führen zu einer immer stärkeren vertikalen Entkoppelung der Wasser- und Landlebensräume in Fluss-Auen-Systemen. Die Flurabstände vergrößern sich und die ehemals nassen, feuchten oder frischen Standorte der Weichen Au gehen sukzessive verloren. Die dargestellten Beispiele aus der Geschichte der österreichischen Donau zeigen, dass eine flusstypische - und im Falle der Donau hohe - Umlagerungsintensität, durch die große Anteile der aquatischen und terrestrischen Habitate in vergleichsweise kurzen Zeiträumen regeneriert und verjüngt wurden, als Schlüssel zur Aufrechterhaltung eines heterogenen Habitatkomplexes anzusehen ist.