Integrales Flussgebietsmanagement - WSL · 2009-12-25 · Jahresbericht 2009 Eawag Projekt „Integrales Flussgebietsmanagement“ Untersuchte Gewässer . An der Sense finden Studien

Eawag

Seestrasse 79

6047 Kstanienbaum

Schweiz

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www.eawag.ch

Jahresbericht 2009 Integrales Flussgebietsmanagement

Projektpartner: EPFL, WSL, VAW, BAFU

Projektleitung: Armin Peter Kastanienbaum, Dezember 2009

Sense bei Plaffeien

Jahresbericht 2009 Eawag: Das Wasserforschungs-Institut des ETH-Bereichs

Jahresbericht 2009 Eawag Projekt „Integrales Flussgebietsmanagement“

Inhaltsverzeichnis

Problemerarbeitung 3

Vorgehen 3

Untersuchte Gewässer 3

Habitatsdiversität und Biodiversität 5

Verbreitung aquatischer Organismen in Flusslandschaften 5

Einfluss von Habitatsparametern auf die Populationsstruktur 13

Ökologische Erfolgskontrolle von Revitalisierungsmassnahmen 15

Durchgängigkeit von Fliessgewässern 16 Durchgängigkeit von Fliessgewässern für Fische 16

Standorttreue und Mikrohoming von Bachforellen und Alet in Fliessgewässern 25

Erhebung von Mündungseffekten zwischen Zubringer und

Hauptfluss an der Sense 27

Analyse der Situation der Groppenpopulation in der Sense und ihren Zuflüssen 29

2


Problemerarbeitung

Die Eawag erarbeitet gemeinsam mit den Projektpartnern angewandte Forschungsfragen zu den Themen:

1. Habitatsdiversität und Biodiversität

2. Durchgängigkeit von Fliessgewässern

3. Wiederbesiedlungsdynamik bei Fliessgewässerrevitalisierungen

4. Synthese des Gesamtprojekts

Vorgehen

Die Themen werden durch Dissertationen, Master- und Bachelorarbeiten sowie durch Praktikumsarbeiten bearbeitet. Im Jahre 2009 wurden folgende Studien durchgeführt: 1 Habitatsdiversität und Biodiversität: 1.1 Verbreitung aquatischer Organismen in Flusslandschaften. Fortschrittsbericht 2009. Dissertation Maria Alp, Seite 5 1.2 Einfluss von Habitatsparametern auf die Populationsstruktur und Biomasse von Bachforellen (Salmo trutta fario) sowie die Artenvielfalt der Fischfauna. Masterarbeit von Jean-Martin Fierz, Universität Zürich und Eawag, Zusammenfassung Seite 13 1.3 Ökologische Erfolgskontrolle von Revitalisierungsmassnahmen an kleinen Bächen unter Berücksichtigung von Extremabflüssen. Masterarbeit von Christiane Rau, Universität Tübingen und Eawag, Abgabetermin: Ende Februar 2010, Seite 15 2 Durchgängigkeit von Fliessgewässern

2.1 Durchgängigkeit von Fliessgewässern für Fische. Fortschrittsbericht Dissertation Denise Weibel, Teilprojekt 2009: Erfolgskontrolle von Blockrampen für den Fischaufstieg und Muster der Fischartenverteilung und Abundanz im Gewässerlängsverlauf. Übersicht auf Seite 16

2.2 Standorttreue und Mikrohoming von Bachforelle (Salmo trutta fario) und Alet (Leuciscus cephalus) in Fliessgewässern. Masterarbeit von Mathieu Camenzind, Universität Zürich und Eawag, Zusammenfassung Seite 25

2.3 Erhebung von Mündungseffekten zwischen Zubringer und Hauptfluss an der Sense. Praktikumsarbeit von Christina Riedl, Eawag. Juni-September 2009, Zusammenfassung Seite 27

2.4 Analyse der Situation der Groppenpopulation in der Sense und ihren Zuflüssen. Masterarbeit von Julian Junker, Universität Bern und Eawag, Abgabetermin 31.3.2010, Seite 29

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Untersuchte Gewässer

An der Sense finden Studien in Zusammenarbeit mit der EPFL und der WSL statt. Ebenfalls im Sensegebiet studierten wir 148 Seitengewässer bezüglich der morphologischen Effekte. Zudem wurden Arbeiten an der Bünz und Reppisch aus dem Jahr 2008 ausgewertet (Dissertation M. Alp). Mehrere Arbeiten konzentrierten sich auf kleine Fliessgewässer. 40 Fliessgewässer wurden in der Arbeit zu den Habitatsparametern und der Populationsstruktur bei Bachforellen einbezogen (M. Fierz). Die ökologischen Erfolgskontrolle (C. Rau) berücksichtigte zehn kleinere Fliessgewässer. Auch die Studien zu den räumlichen Mustern der Fischartenverteilung (Dissertation D. Weibel) sowie zur Standorttreue/Mikrohoming (M. Camenzind) fanden in kleinen Fliessgewässern statt.

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1. Habitats- und Biodiversität

1.1 Verbreitung aquatischer Organismen in Flusslandschaften

Fortschrittsbericht 2009

Dissertation Maria Alp Betreuer PD Dr. Christopher Robinson Forschungsabteilung Aquatische Ökologie, Eawag, Dübendorf Kurze Übersicht Im Jahr 2009 wurde gleichzeitig an mehreren Teilprojekten gearbeitet. Einerseits wurde die Arbeit an den Daten zur experimentellen Studie vom vorigen Jahr (Teilprojekt 1) sowie die Zusammenarbeit an dem Projekt von Walter Gostner (EPFL) fortgesetzt. Anderseits wurde ein neues Teilprojekt in Kollaboration mit mehreren Partnern an der Sense gestartet (Teilprojekt 2). Die Ergebnisse wurden mehrmals an projektinternen Treffen sowie an Konferenzen vorgestellt.

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Teilprojekt 1: Buenz und Reppisch Einfluss der Verfügbarkeit geeigneter Substrate auf den Erfolg der Eiablage der aquatischen Insekten Eine experimentelle Studie an zwei schweizerischen Mitellandflüssen (2008-2009) Zusammenfassung Im Sommer 2008 wurde an der Bünz (Kt. Aargau) und der Reppisch (Kt. Zürich) eine experimentelle Studie zur Verbreitung aquatischer Insekten durchgeführt. In dieser Studie wurde die Rolle der Substratverfügbarkeit für die Kolonisierung neuer Habitate durch adulte aquatische Insekten untersucht (für Einzelheiten zur Studie siehe Jahresbericht M. Alp 2008). Der grösste Teil der Feldarbeit wurde im Jahr 2008 abgeschlossen, aber einige weitere Arbeiten dieses Projekts mussten im 2009 fortgesetzt werden. Durchgeführte und geplante Arbeiten

Aufgaben 2009 2010

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04

Bearbeitung der Proben im Labor

Weitere Feldmessungen

Statistische Analyse der Daten

Arbeit an der Publikation

Tabelle 1: Übersicht der durchgeführten und für den Anfang des Jahres 2010 geplanten Arbeiten, Teilprojekt 1 Die während des Experimentes (2008) erhobenen und konservierten Proben (ca. 270 Proben) von Benthos und fliegenden adulten Insekten wurden im Jahr 2009 im Labor bearbeitet. Weitere Feldmessungen zur Flussmorphologie und Hydrologie haben im Frühling und Herbst 2009 an beiden Flüssen stattgefunden. Ausserdem wurde eine erste grobe statistische Analyse der Daten durchgeführt. Resultate In beiden Flüssen bevorzugten alle Insektenarten klar natürliche Steine gegenüber experimentell eingesetzten Backsteinen: mit wenigen Ausnahmen wurden immer deutlich mehr Eimassen auf den Steinen als auf den Backsteinen festgestellt (Bsp.: Tabelle 2 und Tabelle 3). Dieses Ergebnis entsprach unseren Erwartungen. Die unter Wasser tauchenden Weibchen sind den hydraulischen Bedingungen gegenüber sehr empfindlich, diese waren bei den Backsteinen im Vergleich zu den meist abgerundeten Steinen unnatürlich. Aufgrund dieser festgestellten Vorliebe für die Eiablage auf Steinen, konnte die Benutzung der Backsteine zur Eiablage als Indikator für die begrenzte Verfügbarkeit geeigneter Substrate angesehen werden. Diese wurde von der vorliegenden Substratzusammensetzung sowie den saisonalen Schwankungen des Wasserstandes während des Experimentes bestimmt. Je weniger geeignete (grössere, aus dem Wasser ragende) natürliche Steine für die Eiablage in der Strecke vorhanden waren, desto höhere Eiablagenraten waren auf den durchgehend verfügbaren Backsteinen zu erwarten.

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Bis anhin ausgewertete Daten haben Hinweise auf deutliche Unterschiede zwischen den Insektenarten und den Flüssen gezeigt. Als Beispiel werden im nächsten Abschnitt die Ergebnisse zur Familie Baetidae (Eintagsfliegen) aufgeführt, die sich in der Reppisch und der Bünz unterschieden. Baetidae (Eintagsfliegen) – Ergebnisse an der Bünz In der Periode der höchsten Flugaktivität der Baetiden (Frühsommer) wurden sehr hohe Dichten von Eimassen auf den natürlichen Steinen, sowie auf den Backsteinen in der natürlichen (NAT) und kanalisierten (KAN) Strecken festgestellt. Ein hohes Verhältnis von Eimassendichten auf Backsteinen im Vergleich zu Steinen (Tabelle 2) weist darauf hin, dass die Ressource (Substrat für die Eiablage) in beiden Strecken begrenzend zu sein scheint. In der renaturierten Strecke (REN), wo eine vergleichbare Anzahl fliegender Adulten wie im KAN gefangen wurde, waren die Eimassen über die ganze untersuchte Periode in viel geringeren Dichten vorhanden (Graphen 1-2). Eine Abschätzung der Substratkorngrössenverteilung, scheint darauf hinzuweisen, dass in der REN Strecke ein höherer Anteil grosser Steine (Längsachse über 15 cm) vorliegt, die von den Eintagsfliegen wegen ihrer Stabilität und geringerer Austrocknungswahrscheinlichkeit bevorzugt werden. Somit sind die natürlichen Verhältnisse für die Eiablage in dieser Strecke viel günstiger und die Eimassen sind nicht auf die geringere Anzahl vorliegender Steine oder Backsteine, wie in der KAN- resp. NAT-Strecke, konzentriert.

Anteil geeigneter Substrate

Eimassen (Steine)

Eimassen (Backsteine)

Verhältnis Eimassen Backsteine/Steine

Gefangene adulte Baetidae

REN 10.5 1726.4 676.0 0.39 27 NAT 4.6 4677.1 3533.5 0.76 5 KAN 4.9 6759.7 4805.0 0.71 21

Tabelle 2: Zusammenfassung der Ergebnisse zur Eiablage der Eintagsfliegen der Familie Baetidae an der Bünz

BÜNZBAETIDAE - STEINE

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Mai Anfang Juni Ende Juni Juli AnfangAugust

EndeAugust

September

An

zah

l Eim

as

se

n /

m2 S

tein

KAN

NAT

REN

Abbildung 1: Eiablage der Baetidae auf Steinen, Bünz

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BÜNZBAETIDAE - BACKSTEINE

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800


Ende August September

An

zah

l Eim

as

se

n/ m

2 Ba

ck

ste

in

KAN

NAT

REN

Abbildung 2: Eiablage der Baetidae auf Backsteinen, Bünz Baetidae – Ergebnisse an der Reppisch Im Gegenteil zur Bünz wurden an der Reppisch durch die ganze Untersuchungsperiode sehr geringe Eimassendichten in der kanalisierten Strecke - auf den Steinen wie auch auf den Backsteinen – festgestellt (siehe Tabelle 3). Der Anteil, der für die Eiablage geeigneten Substrate, ist in der natürlichen Strecke der Reppisch etwas höher als in den anderen beiden Strecken. Das generell kleine Verhältnis zwischen den Eimassen auf Backsteinen und Steinen scheint aber darauf hinzuweisen, dass die Eiablage in diesen zwei Strecken nicht durch die Verfügbarkeit geeigneter Substrate, sondern durch das Vorhandensein der adulten Weibchen begrenzt ist. Die Daten zu den fliegenden Insekten, die während des Experiments gefangen wurden, haben durch tiefe Fangzahlen eine begrenzte Aussagekraft, scheinen aber auch auf das gleiche hinzuweisen (Tabelle 3). In diesem Fall könnte die Lage der Versuchsstrecken eine ausschlaggebende Rolle gespielt haben. Die renaturierte und die kanalisierte Strecke an der Reppisch liegen flussaufwärts von der natürlichen, oberhalb dieser Strecken ist die Reppisch bis zur Quelle kanalisiert. Das Fehlen der Strecken mit natürlicher Morphologie in der Nähe der Renaturierung, die eine Quelle emergierender adulter Insekten wären, könnte die vorgefundenen Resultate erklären. Dass die Eimassenablage an der Bünz eher durch lokale Verhältnisse (Substratkorngrösse) und nicht durch ausreichende Präsenz adulter Eintagsfliegen bedingt ist, stimmt mit dieser Begründung überein. Die Strecken liegen dort etwas näher zueinander und flussaufwärts von der obersten (KAN) Strecke weist die Bünz mehrere Abschnitte mit guter Habitatsqualität vor.

Anteil geeigneter Substrate

Eimassen (Steine)

Eimassen (Backsteine)

Verhältnis Eimassen Backsteine/Steine

Gefangene adulte Baetidae

REN 4.5 544.6 157.2 0.29 14

NAT 8.4 3141.6 341.0 0.11 20

KAN 6.0 57.0 6.0 0.11 13 Tabelle 3: Zusammenfassung der Ergebnisse zur Eiablage der Eintagsfliegen der Familie Baetidae in der Reppisch

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REPPISCH BAETIDAE - STEINE

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Mai AnfangJuni

Ende Juni Juli AnfangAugust

EndeAugust

September

An

zah

l Eim

as

se

n /

m2 S

tein

KAN

NAT

REN

Abbildung 3: Eiablage der Baetidae auf den Steinen, Reppisch

BÜNZBAETIDAE - BACKSTEINE

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800


Ende August September

An

zah

l Eim

as

se

n/ m

2 Ba

ck

ste

in

KAN

NAT

REN

Abbildung 4: Eiablage der Baetidae auf den Backsteinen, Reppisch

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Folgerungen Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich mehrere Faktoren auf eine erfolgreiche Kolonisierung der Habitate durch verschiedene Insektenarten auswirken. Die Wiedererstellung der Tiefenvariabilität, eine der am meisten verbreiteten Methoden bei Flussrevitalisierungen in der Schweiz, könnte nicht ausreichend sein, um die Wiederbesiedlung der Strecke durch die Zielarten zu gewährleisten. So kann das Zusammenspiel des hydrologischen Regimes und der Zusammensetzung des Substrates, sowie die Lage der Strecke innerhalb der Flusslandschaft zu den ausschlaggebenden Faktoren gehören, die den Kolonisierungserfolg durch gewisse Insektenarten beschränken. Die weitere, verfeinerte Auswertung der Daten des Experiments an der Bünz und der Reppisch sollte helfen, die Zusammenhänge zwischen diesen Faktoren zu erkunden, und die Voraussagbarkeit des Kolonisierungspotentials für eine revitalisierte Strecke durch Insekten zu verbessern. Teilprojekt 2: Sense Konnektivität der Flusslandschaft für Arten mit unterschiedlichen Verbreitungsweisen Eine genetische Untersuchung der Populationsstruktur von zwei Makroinvertebratenarten Zusammenfassung Eine Studie zur populationsgenetischen Struktur zweier Makroinvertebraten Arten (Baetis rhodani und Gammarus fossarum) wurde in Kollaboration mit Dr. Irene Keller (Eawag, Aquatische Ökologie), Julian Junker (Eawag, Fischökologie) und der Gruppe von Prof. Christoph Scheidegger (WSL) an der Sense (Kt. Fribourg/Bern) gestartet. Ziel dieses Projekts ist der Vergleich mehrerer an den Fluss gebundener Arten mit unterschiedlichen Migrationsmechanismen:

ein aktiv schwimmender Fisch: Cottus gobio (Groppe) [Julian Junker, Irene Keller, Eawag]

ein sich durch passive Drift flussabwärts und begrenzte aktive Bewegung flussaufwärts fortbewegende Bachflohkrebs : Gammarus pulex [Maria Alp, Irene Keller]

eine sehr mobilen Eintagsfliege, die im larvalen Stadium schwimmen und driften, und im adulten Stadium fliegen kann : Baetis rhodani. [Maria Alp, Irene Keller]

eine unbeflügelte, auf Kiesbänke angewiesene Heuschrecke: Chorthippus pullus [Theresa Karpati, WSL]

eine Pflanze mit guter Verbreitungskapazität durch Samen mit Pappus (Myricaria germanica) [Silke Werth, WSL]

Eine Untersuchung der genetischen Struktur mehrerer Populationen dieser Organismen in einem Einzugsgebiet sollte es erlauben, Schlussfolgerungen über den genetischen Austausch und damit auch die Konnektivität zwischen den einzelnen Populationen zu ziehen. Das Ziel dieses Projektes ist es, mit Hilfe von genetischen Analysen sowie Analysen von Karten bzw. Luftbildaufnahmen, die Verbreitungskapazität unterschiedlicher Arten in einem nahezu natürlichen System zu vergleichen. Zudem sollen spezifische Barrieren für diese Arten identifiziert werden.

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Untersuchungsgebiet

Abbildung 5: Probenahmestellen an der Sense, 2009 Im Herbst 2009 wurden Probenahmen von Gammarus fossarum und Baetis rhodani im Flusssystem der Sense durchgeführt und dabei neben dem Hauptgerinne auch Zuflüsse beprobt. Durchgeführte und geplante Arbeiten

Aufgaben 2009 2010

04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04

Probenahmen

Laborexperiment

Analyse der Proben

Datenanalyse

Arbeit an der Publikation Tabelle 4: Übersicht der durchgeführten und für den Anfang des Jahres 2010 geplanten Arbeiten, Teilprojekt 2. In Frühling und Herbst 2009 wurden die Probenahmen an der Sense durchgeführt und die Laboranalyse der Proben begonnen. Zusätzlich wurde eine kleine experimentelle Studie im Labor durchgeführt, um asexuelle Reproduktion von Baetis rhodani ausschliessen zu können (eine wichtige Voraussetzung für korrekte Interpretation der molekulargenetischen Daten).

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Die erhobenen Proben werden im Moment im Labor analysiert, es liegen also noch keine Resultate zu dieser Studie vor. Tabelle 4 gibt eine Übersicht der durchgeführten, laufenden und geplanten Arbeiten dieses Teilprojektes. Literatur Hughes, J.M. (2007) Constraints on recovery: using molecular methods to study connectivity of aquatic biota in rivers and streams”. Freshwater Biology, 52: 616-631. Hughes, C.L., Schmidt, D.J., Finn, D.S. (2009) Genes in streams: Using DNA to understand the movement of freshwater fauna and their riverine habitat. BioSscience, 59(7): 573-583 Malmqvist, B.(2002) Aquatic invertebrates in riverine landscapes. Freshwater Biology, 47: 679-694. Weitere Aktivitäten im Jahr 2009 Projekt-interne Semesterarbeiten an der Eawag (Dübendorf): Bünz

Natacha Rossel (Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften) „Renaturalisation and macrozoobenthos - a case study at the River Bünz“ (betreut durch PD Dr.Chris Robinson, Dr. Jacqueline Schlosser).

Sense

Claude Herzog (ETHZ) “Zusammenhänge zwischen Hydromorphologie und Makrozoobenthos: Vergleich zweier schweizer Mitellandflüsse”(betreut durch PD Dr. Chris Robinson und Maria Alp). Diese Arbeit wurde als Fortsetzung der Diplomarbeiten von Tino Stäheli und Christina Baumgartner an der Bünz (2008) durchgeführt. Die Probenahmestellen wurden mit Walter Gostner (EPFL) abgesprochen, sodass die erhaltenen Ergebnisse auch in seine Studie zur Entwicklung eines hydromorphologischen Indices einfliessen werden.

Andrea Koopmans (ETHZ) „Auswirkung des Zuflusses Laubbauch auf die

Makrozoobenthosdiversität in der Hauptgerinne der Sense“(betreut durch PD Dr.Chris Robinson).

Vorstellung der Ergebnisse 21.1.2009: Vorstellung der Ergebnisse von zwei Diplomarbeit und der experimentellen Studie an der Bünz (mit Tino Stäheli) beim Kanton Aargau. 12-13.2.2009: Poster „Macroinvertebrate oviposition and the success of river restoration efforts“ an der schweizerischen Konferenz Biology 09, Bern. 16.3.2009: Vortrag “Dispersal barriers and gene flow in organisms with different dispersal modes”, Projekt-Sitzung, Freiburg. 07.5.2009 Vortrag “Constraints for organismic dispersal: multiple scale approach”, Projekt-Meeting, Zürich. 17-22.05.2009: Vortrag “Substrate availability and oviposition success of aquatic insects” bei der benthologischen Konferenz: NABS, Grand Rapids, USA.

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1.2 Einfluss von Habitatsparametern auf die Populations- struktur und Biomasse von Bachforellen (Salmo trutta fario) sowie die Artenvielfalt der Fischfauna. Masterarbeit von Jean-Martin Fierz, Universität Zürich und Eawag, 2009.111 Seiten

In der Schweiz sind über 25 % der Fliessgewässer durch Hochwasserschutzbauten, hydro-elektrische Nutzung und Industrie stark beeinträchtigt, bzw. eingedolt. Dies entspricht über 15'800 km Gewässerlauf. Durch diese fortlaufenden Einwirkungen des Menschen auf die Fliessgewässer gehen immer mehr, für aquatische Lebensgemeinschaften wichtige Habitate verloren. Im Rahmen des Projektes „Integrales Flussgebietsmanagement“ (eine Zusammenarbeit von Eawag, EPFL, WSL und VAW) soll in der Schweiz abgeklärt werden, welchen Einfluss ausgewählte Habitatsparameter auf die Populationsstruktur und Biomasse von Bachforellen (Salmo trutta fario) sowie die Artenvielfalt der Fischfauna ausüben. Zu diesem Zweck wurden zwischen Mai und Oktober 2008 40 Fliessgewässerabschnitte in der Schweiz und im Fürstentum Lichtenstein im alpinen Bereich und im Mittelland beprobt. In einem ersten Schritt wurden die Gewässerabschnitte quantitativ befischt und anhand dieser Daten die Populationsstrukturen sowie die Artenzahlen der Fische ermittelt. In einem zweiten Schritt wurden dann zwölf aus der Literatur ausgewählte qualitative und quantitative Habitatsparameter erhoben (benetzte Breite, maximale Tiefe, Gefälle, Höhe über Meer, Fliessgeschwindigkeit, Beschattung, Verbauungsgrad Ufer, Kolmation, Substrat, Ufervegetation, Mesohabitate Pool/Riffle/Glide/Cascade, Fischunterstandstypen). Die Habitatsparameter Gesamtfläche Fischunterstände, Shannonindex Fischunterstände, Beschattung, mittlere benetzte Breite und mittlere Fliessgeschwindigkeit hatten einen signifikanten Einfluss auf die Bachforellenbiomasse und -dichte. Die schrittweise multiple lineare Regression erzeugte eine Kombination von drei Habitatsparametern (Shannonindex Unterstände, Gesamtfläche Unterstände, Beschattung), die 84% der Varianz der Bachforellenbiomasse erklärten. Bei der Unterteilung der Bachforellendichte in die drei Altersklassen 0+, juvenil und adult erwiesen sich die Habitatsparameter Gefälle für die 0+ Bachforellendichte und mittlere maximale Tiefe für die adulten Bachforellendichte als signifikant. Es konnte hingegen kein Zusammenhang zwischen den ausgewählten Habitatsparametern und dem Variationskoeffizienten der Bachforellenlänge (als Indikator einer ausgewogenen Populationsstruktur) aufgezeigt werden. Es ergaben sich keine signifikanten Korrelationen zwischen der Fischdiversität und der Habitatsdiversität in Cyprinidengewässern. Mit Hilfe einer „Canonical Correspondance Analysis“ konnte jedoch die positive Wirkung der Habitatsparameter Wasserpflanze (Unterstand) und Mesohabitat Glide auf die Dichte von in Cyprinidengewässern lebenden Arten nachgewiesen werden.

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Diese Masterarbeit zeigt, wie ausgeprägt sich bestimmte Habitatsparmeter (Gesamtfläche und Diversität der Fischunterstände, Beschattung, Tiefe, Breite, Fliessgeschwindigkeit, Gefälle) auf die Biomassen und Populationsstrukturen von Bachforellen auswirken können und weist auf die Wichtigkeit hin, diesen Habitaten bei Revitalisierungsmassnahmen besondere Beachtung zu schenken. Jedoch sollten zuerst in jedem Gewässer die relevanten Prozesse wiederhergestellt werden und die Wechselwirkungen zwischen Habitaten und Fischpopulationen genau untersucht werden, bevor konkrete Massnahmen getroffen werden. Dies ist wichtig, damit die künstlich hinzugefügten Habitate überhaupt wieder kolonisiert werden können (RONIET AL. 2002). Um den Zustand von Bachforellenhabiten schnell und zuverlässig beurteilen zu können, hat sich der Complexity Index nach KERSHNER ET AL. (1997) als nützlich erwiesen.

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1.3 Ökologische Erfolgskontrolle von Revitaliserungs- massnahmen an kleinen Bächen unter Berücksichtigung von Extremabflüssen. Masterarbeit von Christiane Rau, Universität Tübingen und Eawag.

Abgabetermin der Arbeit: Ende Februar 2010 An den folgenden Gewässern wurde jeweils eine revitalisierte und eine kanalisierte Strecke untersucht:

Breite (m)

Bach Kanton / Land Revitalisierung Kanalisierung

Vordere Frenke Basel Land 5.04 1.25

Seewag Luzern 3.04 1.42

Mühlebach Nidwalden 3.97 2.87

Rätibach Nidwalden 2.95 1.95

Scheidgraben Nidwalden 4.58 3.34 2.67

Sandbach Obwalden 2.46 1.45

Laveggio Tessin 6.31 0.50

Walenbrunnen Uri 4.55 2.35

Esche Liechtenstein 2.78 2.57

Mölibach Liechtenstein 3.99 2.94

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2. Durchgängigkeit von Fliessgewässern

2.1 Fortschrittsbericht Durchgängigkeit von Fliessgewässern für Fische

Erfolgskontrolle von Blockrampen für den Fischaufstieg Muster der Fischartenverteilung und Abundanz im Gewässerlängsverlauf

Dissertation Denise Weibel, Betreuer Dr. Armin Peter Forschungsabteilung Fischökologie und Evolution Eawag, Kastanienbaum

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Zusammenfassung Die Erfolgskontrolle über die Durchgängigkeit der Blockrampe am Oftringer Dorfbach konnte mittels Translokationsexperiment erfolgreich abgeschlossen werden. Individuelles PIT-tagging von Bachforellen machte es möglich, den zeitlichen Verlauf des Aufstiegs zu beobachten. Von 89 Individuen >100mm, betrug die Aufstiegsrate innerhalb von 16 Tagen 40.4%. Wie bei anderen Erfolgskontrollen zeigte sich auch hier die grösste Aufstiegswahrscheinlichkeit bei den Individuen >200mm (77.7%), gefolgt von der Grössenklasse 150-199mm (40.5%) und 100-149mm (32.5%). Trotz starker individueller Unterschiede lassen sich zwei Aufstiegsphasen erkennen. 38.8% der Individuen stiegen in der ersten Nacht und im darauffolgenden Tag auf. Weitere 30.5% wanderten in einer regenreicher Nacht auf, in welcher der Abfluss anstieg und das Wasser trüb wurde. Für die Fragestellung „räumliche Muster der Fischartenverteilung und Abundanz im Gewässerlängsverlauf“ wurde eine geeignete Methodik ausgewählt. Der Vierwaldstätterseezufluss Mülibach NW und der Lauerzerseezufluss Chlausenbach SZ wurden an zehn bzw. an acht Strecken befischt. Nebst verschiedenen Wasserparametern wurde zusätzlich das Habitatangebot untersucht. Während in Seenmündungsnähe das Artenspektrum erwartungsgemäss reicher ist, wird mit zunehmender Distanz zum See die Bachforelle die dominierende Art. Es ist geplant, im Frühling den auengeprägten Brenno TI in diese Studie miteinzubeziehen. Untersuchungsgebiete An den folgenden Fliessgewässern wurden dieses Jahr Untersuchungen ausgeführt:

Kanton Gewässer Ortschaft Untersuchung

Aargau Dorfbach Oftringen geschüttete Rampe

Nidwalden Mülibach StansstadLongitudinale Muster der Fischdiversität und Abundanz

Schwyz Chlausenbach Lauerz Longitudinale Muster der Fischdiversität und Abundanz

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Durchgeführte Arbeiten 2009 Administrative Arbeiten Um die Fragestellung „Muster der Fischdiversität und Abundanz im Gewässerlängsverlauf“ anzugehen, wurde zuerst eine Literaturrecherche durchgeführt. Durch stichwortartige Auflistung verschiedener Befischungsmethoden wurde ein Ueberblick erstellt im Bezug auf Gewässer, Streckenauswahl, Streckenlänge, Befischungsstrategie und erhobene Parameter. Dies ermöglichte einen direkten Vergleich der standardisierten Methoden, z.B. Punkbefischung versus Streifenbefischung. Allgemein zeigte sich, dass in vielen Publikationen die Methoden undetailliert beschrieben werden oder unklar bleibt, weshalb ein bestimmtes Verfahren angewandt wurde. Als geeignetste Methode wurde die Streckenbefischung ausgewählt, bei der in kurzen Intervallen aufeinanderfolgende Strecken flächig und halbquanititativ befischt werden. Verschiedene Bäche und Flüsse wurden für die Studie in Betracht gezogen und Informationen dazu eingeholt. Nach der Begutachtung im Feld wurden drei geeignete Untersuchungsgewässer ausgewählt. Feldarbeiten Teilprojekt 1: Von Mai bis Juni lief ein Experiment an der Blockrampe des Oftringer Dorfbaches, um das zeitliche Aufstiegsverhalten von Fischen zu verfolgen und um die Rampe auf ihre Fischgängigkeit zu überprüfen. Methodisches Vorgehen: Direkt oberhalb der Rampe wird eine Kabelantenne quer über den Bach gespannt, welche mit einem PIT-Reader und einem Antennen-Tuner verbunden ist. Zwei gekoppelte Autobatterien versorgen das System, welches sich in einer verschlossenen Alukiste am Ufer befindet.

Abbildung 1: Reader-System und die über den Bach gespannte Kabelantenne

18


Bachaufwärts der Rampe wird eine Strecke von 180 m Länge elektrobefischt. Sämtliche gefangenen Fische werden gemessen und bei einer Körperlänge von >100 mm mit einem individuellen PIT-tag versehen.

Anschliessend werden sämtliche Fische im Pool am Rampenfuss wieder eingesetzt. Während 16 Tagen ist die automatische PIT-tag Registrierung aktiv. Der Reader protokolliert von sämtlichen aufgestiegenen Individuen ihren individuellen Code, Datum und Tageszeit. Am Schluss des Experiments wird auf derselben Befischungsstrecke oberhalb der Rampe ein Wiederfang durchgeführt.

Auf diese Weise werden auch die aufwärts gewanderten Individuen erfasst, welche der Reader nicht registriert hat. Zur Rampencharakterisierung werden anhand von Querprofilmessungen die Fliessgeschwindigkeiten und Wassertiefen erhoben. Die exakte Bestimmung des Rampengefälles mittels Nivelliergerät steht noch aus. Zusätzlich wird eine Abflussmessung mit der Salzmethode durchgeführt und ein Temperaturlogger gesetzt.

Teilprojekt 2: Die räumlichen Muster von Fischartenverteilung und Abundanz im Gewässerlängsverlauf wurden an einem Vierwaldstätterseezufluss (Mülibach, NW) und an einem Lauerzerseezufluss (Chlausenbach, SZ) untersucht. Während zweier Feldkampagnen im September/Oktober und November wurden von der Mündung bis in den Oberlauf elektrische Abfischungen durchgeführt und Habitatparameter aufgenommen.

Abbildung 2: Mülibach, Mündungsnähe und Mittellauf

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usenbach, Mündungsnähe und Oberlauf

ethodisches Vorgehen:

m einen möglichst kontinuierlichen Ueberblick über die Fischfauna zu erhalten, werden am

Abbildung 3: Chla M UMülibach zehn, am Chlausenbach acht Strecken in einem Durchgang mit einem transportablen Rückengerät befischt. Die Teststrecken von 100 m Länge folgen in einem Abstand von ca. 200 m aufeinander, sofern der Zugang zum Gewässer gewährleistet ist. Die erste Strecke befindet sich direkt an der Seenmündung. Am Mülibach werden zwei der Teststrecken (eine revitalisierte und eine kanalisierte) ausserdem quantitativ mit 3 Durchgängen befischt. Alle Strecken des Chlausenbachs werden am oberen Ende mit einem Netz abgesperrt. Unmittelbar vor jeder Abfischung werden Wassertemperatur, Leitfähigkeit, pH und O2-Konzentration gemessen und eine Wasserprobe genommen. Die Probe wird filtriert und anschliessend auf ortho-P, NH4, NO2 und NO3 untersucht. Bei der anschliessenden Habitataufnahme werden in Querprofilen benetzte Bachbreite, maximale Tiefe, Mesohabitatcharakter, Fischunterstände, Beschattung, Uferverbauung, Substratzusammensetzung und Fliessgeschwindigkeit gemessen.

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Resultate

Teilprojekt 1: Im Oftringer Dorfbach wurden

bbildung 4: Geschüttete Blockrampe im Oftringer

etzte Breite 2,5 m, Länge 16 m, Abfluss 0.04-

er Hauptanteil der markierten Bachforellen hatte eine Körperlänge von 100 bis 200mm. Nur

ausschliesslich Bachforellen gefangen und 89 Individuen wurden markiert. Im Zeitraum vom 19. Mai bis zum 4. Juni schwammen 36 Individuen über die Blockrampe. Dies entspricht einer Aufstiegsrate von 40.4%. Beim abschliessenden Wiederfang oberhalb der Rampe wurden allerdings nur 24 Individuen gefangen von den insgesamt 36 Individuen, welche der Reader registriert hatte ADorfbach. Mittlere ben0.05 m3/s.

Dwenige Individuen waren grösser als 200mm. Die Wiederaufstiegsrate war bei den Forellen >200mm am grössten (77.7%), gefolgt von der mittleren Grössenklasse 150-199mm (40.5%)und der kleinen Grössenklasse 100-149mm (32.5%).

Individual upstream movement250

es starke individuelle Unterschiede. Es lässt

0

50

100

150

200

19.05.200900:00

23.05.200900:00

27.05.200900:00

31.05.200900:00

04.06.200900:00

Date and time

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m)

40

50

dual

s PIT-tagged

Upstream movement

0

10

20

30

100-149 150-199 200-249

Total length (mm)

Num

ber

of in

divi

Im Bezug auf die Tageszeit des Aufstiegs gibtsich kein klares Muster erkennen, wonach eine bestimmte Grössenklasse einzelne Tageszeiten bevorzugen würde. Der derzeitige Stand der Auswertung lässt darauf schliessen, dass die meisten Bewegungen zwischen 6 Uhr abends und 6 Uhr morgens stattfanden. Der zeitliche Verlauf des Aufstiegs zeigt zwei ausgeprägte Phasen, in denen eine Häufung der Bewegungen stattfand. 38.8% der Individuen stiegen in der ersten Nacht und im darauffolgenden Tag auf. Weitere 30.5% passierten die Antenne in der Nacht vom 26. auf den 27. Mai und im darauffolgenden Tag. Die entsprechende Nacht wurde von einem starken Regenereignis geprägt, welches ein Temperaturrückgang sowie eine kurzfristige Erhöhung und Trübung des Abflusses zur Folge hatte.

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Teilprojekt 2: Die Auswertung der Abfischungs- und Habitatdaten vom Mülibach und Chlausenbach stehen noch aus. Ein grober Ueberblick über das Artenspektrum von Mündungsbereich bis Oberlauf kann aus untenstehenden Tabellen entnommen werden: Mülibach Fischartenspektrum TS1 Bachforelle, Groppe, Hasel, Trüsche

TS2 Bachforelle, Barbe, Groppe, Regenbogenforelle, Trüsche

TS3 Bachforelle, Groppe, Hasel, Trüsche

TS4 Bachforelle, Groppe, Hasel, Trüsche

TS5 Bachforelle, Groppe, Hecht

TS6 Bachforelle, Groppe




TSZufluss Bachforelle

Tabelle 1: Teststrecken im Mülibach Chlausenbach Fischartenspektrum

TS1 Alet, Bachforelle, Egli, Groppe, Sonnenbarsch

TS2 Alet, Bachforelle, Groppe

TS3 Bachforelle, Groppe, Gründling




TS7 Bachforelle

TS8 Bachforelle

Tabelle 2: Teststrecken im Chlausenbach Wie zu erwarten war, ist das Artenspektrum grösser in den tieferen und strömungsberuhigten Zonen nahe des Sees als im Oberlauf. Die Trüsche ist ein typischer Bewohner eines solchen Habitats, während in den Mittel- und Oberläufen vor allem Bachforellen gefangen wurden. Im Chlausenbach wurden mehrere Exemplare des nicht-einheimischen Sonnenbarschs gefunden. Folgerungen Im Allgemeinen kann gesagt werden, dass die Blockrampe im Oftringer Dorfbach, die Längsvernetzung in diesem Bachabschnitt für Bachforellen wiederherstellt. Sämtliche getestete Grössenklassen konnten die Rampe überwinden. Die Frage, wieso nur ungefähr

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ein Drittel der Grössenklasse 100-149 mm die Rampe innerhalb von 16 Tagen passierte, kann nicht mit Sicherheit beantwortet werden. Dieses Ergebnis deckt sich weitgehend mit Aufstiegsraten von Bachforellen an bisherigen untersuchten Rampen. Es ist möglich, dass kleinere Individuen aufgrund ihrer physischen Konstitution bei der Rampenpassage auf Schwierigkeiten stossen. Allerdings ist bekannt, dass das Homing-Verhalten bei juvenilen Bachforellen weniger stark ausgeprägt ist als bei adulten Individuen. Es ist deshalb nicht auszuschliessen, dass kleinere Bachforellen weniger motiviert sind, an den Ort zurückzuschwimmen, wo sie gefangen wurden. Mit dem Translokationsexperiment konnte gezeigt werden, dass die Abflussbedingungen einen massgeblichen Einfluss haben auf das bachaufwärtsgerichtete Schwimmverhalten von Bachforellen. Ein natürlicher Abfluss bzw. kleinere Hochwasser spielen für das Wanderungsverhalten von Fischen eine entscheidende Rolle. Diesem Aspekt sollte deshalb bei Revitalisierungsprojekten zur Wiederherstellung der Durchgängigkeit in Fliessgewässern Rechnung getragen werden. Das Reader-System hat sich zur Beobachtung des Wanderverhaltens als geeignet erwiesen. Die Registrierung mittels Reader-System liefert exakte Daten. Erreichte Ziele Die experimentelle Studie an Blockrampen über den Fischaufstieg konnte mit dem erfolgreichen Einsatz des Reader-Systems abgeschlossen werden. Für die Untersuchung von räumlichen Mustern der Fischfauna wurde eine geeignete Methodik und entsprechende Fliessgewässer ausgewählt. Die Wahl fiel auf die zwei kleineren, gut zugänglichen Seenzuflüsse Mülibach NW und Chlausenbach SZ, sowie auf den auengeprägten Brenno TI. Die Feldaufnahmen an den zwei Seenzuflüssen konnten unmittelbar vor Wintereinbruch fertig gestellt werden. Nächste Arbeitsschritte Das nächste Ziel besteht darin, bis Ende Januar 2010 die erhobenen Daten der Rampenexperimente auszuwerten und eine Publikation zum Migrationsverhalten von Fischen an acht untersuchten Blockrampen abzufassen. Nach Möglichkeit wird die Publikation in Zusammenarbeit mit Markus Studer, EPFL, geschrieben und die durchgeführten hydrologischen Messungen an den Rampen mit Modellversuchen der EPFL ergänzt. Im Februar wird mit einer Literaturstudie bzw. Review begonnen zum Thema „home ranges“ von europäischen Fischen. Mitte März bis Mitte April wird die letzte Feldarbeitskampagne am Brenno durchgeführt. Mitte April erfolgt die Teilnahme am Kongress FBA Conferences in Aquatic Biology in Windermere UK, wo die Resultate zu den Rampenversuchen in einer Posterpräsentation vorgestellt werden.

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In den darauffolgenden Monaten werden die erhobenen Felddaten zu den Artenverteilungsmustern statistisch ausgewertet und die Doktorarbeit geschrieben. Zusammenarbeit

mit Masterstudentin Christiane Rau (Eawag) während den quantitativen Abfischungen am Mülibach NW

mit Markus Studer (EPFL) zur Publikation „Migrationsverhalten von Fischen an Blockrampen“

Vorträge

Sense Treffen, 16. März 2009, EIA Fribourg. Titel: „Longitudinal patterns of fish diversity and spatial distribution along the river gradient”

3. Projektmeeting Integrales Flussgebietsmanagement, 7. Mai 2009, VAW Zürich Titel: „Longitudinal connectivity: patterns of fish distribution and diversity along river gradients”

PhD Summer School of Ecology and Evolution, July 2009, Eawag Kastanienbaum. Titel: „The Brown trout in Swiss rivers- ecological aspects and conservation“

4. Projektmeeting Integrales Flussgebietsmanagement, 17. September 2009, ETH Zürich. Titel: „Fish on a rock ramp: temporal aspect of upstream migration of brown trout”

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2.2 Standorttreue und Mikrohoming von Bachforellen (Salmo trutta fario) und Alet (Leuciscus cephalus) in Fliessgewässern.

Masterarbeit von Mathieu Camenzind, Universität Zürich und Eawag.

Abgeschlossen 31.12.2008, 115 Seiten.

Die Fliessgewässer der Schweiz haben in den vergangenen Jahrzehnten stark unter dem anthropogenen Druck gelitten. Eingriffe zwecks Hochwasserschutz, Landgewinnung und Stromerzeugung haben dazu geführt, dass viele Habitate zerstört wurden und die longitudinale Konnektivität entlang von Fliessgewässerkorridoren nicht mehr gewährleistet ist. Viele aquatische Organismen, allen voran die Fische, sind jedoch auf gesunde Habitate und durchgängige Fliessgewässer angewiesen. Heute wird vermehrt versucht, Migrationshindernisse wie Schwellen und Wehre zu entfernen und durch Rampen zu ersetzten, um den Fischen und anderen Organismen die Möglichkeit zurückzugeben, sich frei in den Gewässern zu bewegen. Ob solche Rampen jedoch wirklich funktionieren, ist oft nicht bestätigt worden. Eine Studie im Rahmen einer Dissertation soll mit Hilfe von Translokationsexperimenten klären, inwiefern solche Rampen für Fische durchgängig sind. Für Erfolgskontrollen von Rampen ist es sinnvoll, zu wissen, ob Fische nach Translokationen an die ursprünglich besetzten Stellen im Gewässer zurückkehren und welche Faktoren die Rückkehr beeinflussen. Zudem ist abzuklären, wie stark Fische in einem Gewässer an ihren Standort gebunden sind und nach einer Translokation (Hochwasser, Verfrachtung durch Menschen) wiederum exakt an diesen Ort zurückkehren. An zwei kleinen Fliessgewässern (Rykenbach und Ron) im Kanton Luzern wurde die Standorttreue und das Mikrohoming (die Rückkehr von Fischen an die vormals besetzte Position) an Bachforellen (Salmo trutta fario) und Alet (Leuciscus cephalus) untersucht. Als inverses Mass für die Standorttreue wurde die lineare Grösse der Homeranges berechnet. Zur Ermittlung der Homerangegrösse wurden die Fische individuell markiert und mit Elektrobefischungen wiederholt gefangen. Bei den Bachforellen konnte festgestellt werden, dass mit zunehmender Fischlänge die Grösse der Homeranges signifikant abnahm. Bei den Alet jedoch nahm die Grösse der Homeranges mit zunehmender Fischlänge signifikant zu. Um das Mikrohoming zu untersuchen, wurden die Fische ebenfalls individuell markiert, über Distanzen von 150-400 m transloziert und mit Hilfe von Elektrobefischungen wiederholt

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gefangen. Dabei sollte festgestellt werden, welche der Faktoren (Fischlänge, Translokatonsrichtung, Translokationsdistanz und Jahreszeit) einen Einfluss auf das Mikrohoming ausüben. Nach der Translokation sind 27.1 % der Bachforellen und 38.2 % der Alet zurückgekehrt. Mit zunehmender Körperlänge der Bachforellen nahm auch die Wahrscheinlichkeit erfolgreichen Mikrohomings zu, sowie die Wahrscheinlichkeit einer schnelleren Rückkehr. Bei den Alet konnten keine Einflüsse der untersuchten Faktoren auf das Mikrohoming und die Geschwindigkeit der Rückkehr festgestellt werden. Auch konnten Unterschiede in der Habitatnutzung von juvenilen und adulten Bachforellen festgestellt werden. Adulte Bachforellen halten sich bevorzugt in tieferen Wasserzonen auf (z.B. Kolken), während sich juvenile Forellen in seichteren Wasserzonen und anderen hydraulischen Habitaten wie Glides und Riffles aufhalten. Generell war von Interesse, wie sich Bachforellen und Alet nach einer Translokation verhalten und ob sie ein Mikrohoming zeigen. Beide Arten sind relativ stark ortsgebunden und ein grosser Anteil beider Arten kehrt an die ursprünglich besetzte Position zurück. Beide Arten sind sehr wohl in der Lage, nach einer Translokation zurückzukehren. Bei Translokationsexperimenten zwecks Funktionsüberprüfung von Rampen kann nun ungefähr abgeschätzt werden, in welchem Ausmass eine Rückkehr der Fische zu erwarten ist. Faktoren, die eine Rückkehr beeinflussen, könnten die Interpretation von Rampenexperimenten erschweren. Deshalb sollte zumindest der Einfluss der Körperlänge der zu untersuchenden Art ermittelt und bei der Interpretation der Resultate miteinbezogen werden.

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2.3 Erhebung von Mündungseffekten zwischen Zubringer und Hauptfluss an der Sense Praktikumsarbeit von Christina Riedl, Eawag. Juni- September 2009. Die Ergebnisse der Studie (Power point Präsentation) können bei A. Peter

bezogen werden.

Fragestellungen

Sind morphologischen Mündungseffekte der Zubringer in der Sense sichtbar?

Welche morphologischen Mündungseffekte sind im Hauptfluss sichtbar?

Wie sieht die Situation in Bezug auf Fragmentierung aus?

Welche Parameter beeinflussen das Auftreten von Mündungseffekten? – Vergleich Benda et al. 2004

Zusammenfassung 148 Seitengewässer der Sense wurden untersucht.

Mündungseffekte treten auch unterhalb der genannten Grössenverhältnisse auf

Substratveränderungen sind die häufigsten Zeichen für Mündungseffekte in der Sense

Geschiebeablagerungen und Totholzablagerungen sind aufgrund des Nichtvorhandenseins in den meisten EZG gering vorhanden

morphologische Barrieren minimieren das Auftreten von Mündungseffekten

Die Flussordnungszahl ist ein geeigneter Indikator um das Auftreten von Mündungseffekten zu beschreiben

das Fehlen von Störereignissen bedingt ebenfalls die geringe Zahl an sichtbaren Mündungseffekten

Auftreten von Mündungseffekten ist abhängig von: - Betrachtungsebene - Grössenverhältnis zwischen Zubringer und Hauptfluss - Fragmentierungsgrad des betrachteten Gewässersystem - Definition der morphologischen Messgrössen für Mündungseffekte - Auftreten von Störereignissen

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Vergleichbarkeit der Ergebnisse mit Benda et al. 2004 nur bedingt möglich: - Untersuchungsdesign unterschiedlich - Dimension der untersuchten Gewässersysteme stark unterschiedlich - Klimatische Bedingungen innerhalb der Untersuchungsgebiete unterschiedlich

Übersichtkarte der Sense und untersuchte Seitengewässer

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2.4 Analyse der Situation der Groppenpopulation in der Sense und ihren Zuflüssen Masterarbeit von Julian Junker, Universität Bern und Eawag, Abgabetermin 31.3.2010

Übersicht über die 22 Probenahmeorte mit Groppen (1-22) und ohne Fang von Groppen (Punkte ohne Nummern). Für Groppen flussaufwärts nicht passierbare Barrieren sind als Balken dargestellt. Ingesamt wurden 470 Groppen für die DNA-Analysen beprobt.

Documents

Integrales Flussgebietsmanagement - WSL · 2009-12-25 · Jahresbericht 2009 Eawag Projekt „Integrales Flussgebietsmanagement“ Untersuchte Gewässer . An der Sense finden Studien