Freshwater pearl mussels have high ecological demands on their habitat. For natural reproduction and distribution, they need a colmation-free porespace in the substrate and sufficient host fish for ...their parasitic stage of life. In Austria, river alterations and anthropogenic activities in the catchments are causing habitat degradation for both, the freshwater pearl mussel Margaritifera margaritifera and its host fish Salmo trutta. Due to the lack of reference stretches, sediment transport and sediment deposition in the main channel cannot be measured directly. In (semi-) natural river sections as well as in sections with anthropogenically caused over-width of the river bed, however, it can be observed that the river itself forms a two-stage ditch within a few years. This study examines the deposits of those rivers and describes hydraulic and sedimentological processes influencing the geometry within the main channel below bankfull stage. A possible correlation between the mean annual discharge and the instream geometry could be determined. A simple formula is given as a recommendation for action, which can be used for pre-dimensioning of channel geometry below the bankfull stage in case of river restoration of freshwater pearl mussel habitats. This equation also allows authorities to review planning services for ecologically negative interventions and to recommend a method of implementing measures below bankfull stage.
For channelized, flood‐regulated rivers, morphological changes are avoided as much as possible. Extraordinarily high flows in the past, however, have demonstrated that channelized rivers may also ...become morphologically active, especially when a discharge exceeds the design discharge, such as in hundred‐year floods. However, the morphodynamic potentials and critical flows in such cases have hardly been investigated, and the flood risk to human settlements is therefore poorly understood. The present study aims to analyse the critical flow conditions in Flåmselva, western Norway and the consequences of morphological adjustment on the Froude number from an extraordinary flood event in 2014. Based on a step‐backwater modelling approach, three different high‐resolution river bathymetries of Flåmselva were investigated: (i) pre‐flood, (ii) post‐flood and (iii) re‐channelized morphology. The results showed that due to the 2014 flood, large parts that were in critical flow conditions in the pre‐flood stage (>1), exhibited significantly lower Froude numbers in the post‐flood stage. It turned out that the artificially created plane‐bed morphologies in flood‐regulated channelized rivers can act as drivers for critical flow conditions and that structural as well as non‐structural measures should consider non‐fluvial, semi‐fluvial and fluvial sediment deposits in rivers and floodplains in terms of flood risk management.
Earth observation offers a variety of techniques for monitoring and characterizing geomorphic processes in high mountain environments. Terrestrial laserscanning and unmanned aerial vehicles provide ...very high resolution data with high accuracy. Automatic cameras have become a valuable source of information—mostly in a qualitative manner—in recent years. The availability of satellite data with very high revisiting time has gained momentum through the European Space Agency’s Sentinel missions, offering new application potential for Earth observation. This paper reviews the status of recent techniques such as terrestrial laserscanning, remote sensed imagery, and synthetic aperture radar in monitoring high mountain environments with a particular focus on the impact of new platforms such as Sentinel-1 and -2 as well as unmanned aerial vehicles. The study area comprises the high mountain glacial environment at the Pasterze Glacier, Austria. The area is characterized by a highly dynamic geomorphological evolution and by being subject to intensive scientific research as well as long-term monitoring. We primarily evaluate landform classification and process characterization for: (i) the proglacial lake; (ii) icebergs; (iii) the glacier river; (iv) valley-bottom processes; (v) slope processes; and (vi) rock wall processes. We focus on assessing the potential of every single method both in spatial and temporal resolution in characterizing different geomorphic processes. Examples of the individual techniques are evaluated qualitatively and quantitatively in the context of: (i) morphometric analysis; (ii) applicability in high alpine regions; and (iii) comparability of the methods among themselves. The final frame of this article includes considerations on scale dependent process detectability and characterization potentials of these Earth observation methods, along with strengths and limitations in applying these methods in high alpine regions.
A novel prediction tool is presented as a component of the Habitat Evaluation Model (HEM), which allows the assessment of the ecological status of impounded water bodies based on environmental ...factors that were shown in literature to correlate with the abundance of benthic macro-invertebrates. Main model parameters are the observed grain sizes and depth-averaged flow velocities obtained from a hydrodynamic simulation. The tool was tested in three Austrian river reaches. It was found that the river lengths predicted to be ecologically affected by the impoundments were substantially shorter for mean flow conditions than previously assessed when employing a physical mapping approach. The differences disappeared for low discharge conditions. The numerical prediction tool allows us to perform a status assessment for discharge conditions, which are potentially more representative of the annual discharge spectrum than those within the in-situ observable range. This property, thus, bears the potential to facilitate the recommendation of sediment management strategies in impounded river reaches in the future.
Zusammenfassung
Die Modellierung von aquatischen Lebensräumen gewinnt durch die verschiedenen Zielvorgaben auf europäischer und somit auch nationaler Ebene immer mehr an Bedeutung. Neben den Vorgaben ...der Wasserrahmenrichtlinie und den Zielen zum Ausbau der erneuerbaren Energieträger, inkl. Wasserkraft, sind es auch die neuen Strategien zur Biodiversität und die RED III-Verordnung, die eine integrative Betrachtung der Nutzung aber auch der Sanierung von Fließgewässern zwingend erforderlich machen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, neue Ansätze der integrativen Modellierung von Lebensräumen in Bezug auf den Einfluss unterschiedlicher Aspekte der Wasserkraftnutzung zu präsentieren. Die Ergebnisse der numerischen Modelle zeigen, dass hier sowohl für Fragen des Sedimentmanagements bei Stauhaltungen von Kleinwasserkraftanlagen als auch bei Spülungen von Feinsedimenten generell ökologische Optimierungen bzw. Abschätzungen der ökologischen Folgen möglich sind. Weiters liefern neue Habitatbewertungsmethoden die Möglichkeit, die Auswirkungen flussbaulicher Maßnahmen oder morphologischer Eigenschaften quantitativ in Bezug auf Schwall-Sunk-Einflüsse zu bewerten. Obwohl diese Prognosemodelle immer ausgereifter sind und immer mehr Prozesse abbilden können, zeigt die Gesamtdiskussion, dass es vor allem weiterhin Grundlagenforschung im Feld, als auch im Experiment braucht, um die integrative Modellierung mit den maßgeblichen biologischen Informationen auszustatten.
Zusammenfassung
In den Flüssen der Böhmischen Masse stellt ein unausgewogenes Sedimentregime in Form eines Sedimentüberschusses zunehmend ein Problem dar. Die vorherrschenden Korngrößenfraktionen ...(d = 1 bis 10 mm) sind ungeeignete Lebensräume u. a. für Flussperlmuscheln (
Margaritifera margaritifera
), die in Restpopulationen im österreichischen Teil der Böhmischen Masse vorkommen. Neben der ökologischen Beeinträchtigung kann der oben beschriebene Sedimentüberschuss auch das Hochwasserrisiko in bestimmten Bereichen erhöhen, wodurch wiederholte Eingriffe in das Flussbett (z. B. Baggerungen) notwendig sein können. Um von rein technischen Maßnahmen zu naturnahen Lösungen überzugehen, bietet das Konzept der naturbasierten Lösungen (NbS) eine Möglichkeit, ökologische Probleme und Hochwasserrisiken zu entschärfen. Für eine effektive Maßnahmenplanung ist jedoch ein umfassendes Prozessverständnis erforderlich. Diese Studie verringert diese Defizite im Prozessverständnis mit einem physikalischen Modellversuch, in dem eine technisch optimierte NbS zur Unterstützung des natürlichen Prozesses der eigendynamischen Entsandung (EE) entwickelt wurde. EE beschreibt die Ablagerung von Sedimenten am Gewässervorland. Die Modellversuche zeigten, dass Maßnahmen am Vorland und im Gewässer die EE fördern können, indem sie den Sedimentaustrag aus dem Gewässer sowie die Ablagerung am Vorland erhöhen. Mit der entwickelten Maßnahmenanordnung können bei einem einjährlichen Hochwasser bis zu 14,7 % der insgesamt transportierten Sedimente ausgetragen werden.
For Europe, a reduction of 80% of the potential storage volume due to reservoir sedimentation is predicted by 2080. Sedimentation processes trigger the decrease of the storage volume and a related ...restriction in hydropower production. Further, the artificial downstream flushing of deposited fines has manifold effects on the aquatic ecology, including changes in morphology and sediment quality, as well as increased turbidity and subsequent stress for aquatic species. However, it is common to lower the water surface of reservoirs for technical inspections, which is not comparable to reservoir flushing operations. The presented case study deals with such a controlled drawdown beyond the operational level of the Gepatsch reservoir (Tyrol, Austria). Based on the awareness of possible ecological consequences, an advanced set of measures and an integrative monitoring design, consisting of a detailed event-based quantification of suspended sediments, changes in the morphology, especially with respect to fine sediments, and analyses of the biological quality element fish on the reach scale along the Inn River have been developed.
The present case study deals with a controlled drawdown beyond the operational level of the Gepatsch reservoir (Austria). Based on the awareness of potential ecological consequences, an advanced set ...of measures was conducted and an integrative monitoring design was implemented. This pre- and post-event monitoring included measurements regarding the cross sectional variability and habitat-related turbidity, freeze-core sampling to obtain knowledge on fine sediment infiltration and an evaluation of the macroinvertebrate communities as well as fish egg development (salmonid incubation). The results of the sedimentological as well as biological investigations show a negligible impact on the downstream located aquatic system due to the controlled drawdown of the Gepatsch reservoir. In addition, recommendations based on the findings from this study regarding possible methods for local scale monitoring can be given.
Zusammenfassung
Künstliche Gasübersättigung in Fließgewässern und die dadurch verursachte Gasblasenkrankheit bei aquatischen Organismen ist in Europa wenig beachtet. Neue Forschungsergebnisse in ...Norwegen, China und Nordamerika zeigen jedoch, dass Gasübersättigung verursacht durch Dämme oder Wasserkraftwerke weitaus verbreiteter ist als bisher angenommen. In Norwegen wurde künstliche Gasübersättigung in 12 von 16 untersuchten Wasserkraftwerken nachgewiesen. Dabei kam es in 10 Fällen zu Fischsterben. Ursache ist der Eintrag von Luft in die Zuleitungen, welche sich unter Druck im Wasser löst. In vielen Fällen kann die Gasübersättigung vermieden werden, beispielsweise mit ausreichender Dimensionierung von Kraftwerkseinläufen und Rechenanlagen, Alarmsystemen und Deflektoren. Umwelteffekte und die Toleranz heimischer Arten sind in Europa jedoch kaum erforscht. Das Gleiche gilt für die Verbreitung künstlicher Gasübersättigung in Europa sowie für kosteneffektive Methoden zu ihrer Vermeidung an bestehenden Anlagen. Im vorliegenden Fachartikel werden verschiedene Aspekte der Gasübersättigung thematisiert. Neben einer Beschreibung der physikalischen Prozesse werden sowohl die biologischen Auswirkung als auch Messmethoden und mögliche Maßnahmen präsentiert. SUPERSAT, ein neues internationales Forschungsprojekt mit österreichischer Beteiligung, soll nun wissenschaftliche Erkenntnisse zu Umwelteffekten, Verbreitung, Umfang und Vermeidung der Gasübersättigung in Flüssen liefern.
Zusammenfassung
Die anthropogen verursachte Schadstoffbelastung stellt für das Ökosystem ein potenzielles Risiko dar, weshalb in der EU-Wasserrahmenrichtlinie Zielzustände definiert wurden, um eine ...nachhaltige Nutzung von Oberflächengewässern auch zukünftig zu sichern. Die hohe Anzahl an Schadstoffen, die oft auch nur in sehr geringen Konzentrationen in der aquatischen Umwelt auftreten, erschweren jedoch deren Nachweis. Die Erforschung der Eintragspfade in Fließgewässer, die Schadstoffmobilität sowie deren mögliche Folgen stellen daher eine besondere Herausforderung dar. Für die Ermittlung der auftretenden Nährstoffe, Schwermetalle und Spurenstoffe wurden deshalb unterschiedliche Messgeräte und Probenahmetechniken entwickelt, die eine Beprobung der Schwebstoffe, der Sedimente und des Oberflächenwassers ermöglichen. Hierbei zeigen sich je nach Methode Vor- und Nachteile, wobei oft eine Limitierung der Anwendbarkeit auf mittlere bis große Gewässer besteht. Für die Ermittlung der Schadstoffkonzentrationen in kleinen Gewässern mit geringen Fließgeschwindigkeiten gibt es hingegen nur eine kleine Auswahl an Messmethoden, die jedoch meist eine gute Infrastruktur vor Ort benötigen. In diesem Beitrag wird gezeigt, dass eine adaptierte Version eines mobilen Geschiebefängers zum Sammeln einer ausreichenden Menge Feinmaterial (Korngrößen <1 mm) sowie Schwimmstoffe genutzt werden kann, um diese anschließend im Labor auf Schadstoffkonzentrationen untersuchen zu können. Die ersten Untersuchungen zeigen hierbei interessante Erkenntnisse in Bezug auf die Verteilung der Schadstoffkonzentrationen und auf das Forschungspotenzial im Bereich des Schadstoffeintrags und -transports in kleinen Einzugsgebieten (<100 km
2
).
PDF
