Rauheitswirkung und Fließwiderstand von Totholz in Gewässern

Hennef. Die Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA) gründet eine neue Arbeitsgruppe im Fachausschuss WW-3 „Hydraulik“, um sich mit der Thematik Totholz zu befassen.

Totholz ist ein wesentliches Element vieler Gewässertypen, insbesondere der ansonsten strukturarmen sandgeprägten Bäche und Flüsse des Tieflandes (LAWA-Typ 14, 15, 18, 20). Bei der Evaluierung nach der Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL) wurden bei diesen Typen Defizite in der Gewässerstruktur festgestellt, die auf eine zu geringe Menge oder ungünstige Lage von Totholz im Gewässer zurückgehen. Die Erreichung der Bewirtschaftungsziele nach EG-WRRL ist dadurch weiterhin gefährdet bzw. mittelfristig unwahrscheinlich.

Auf Grund nachhaltig ausgerichteter Waldbewirtschaftung ist in den letzten Jahren das Vorkommen von Totholz am Gewässer wieder etwas gestiegen. Trotzdem wird es im Rahmen der üblichen Praxis in der Gewässerunterhaltung noch vielfach aus dem Gewässer und von den Vorländern entfernt. Ein Grund dafür ist die vorhandene Unsicherheit bei der Berechnung der Rauheitswirkung sowie der Lagestabilität, die ein als unberechenbar empfundenes Hochwasserrisiko darstellen.

Berechnungsansätze für den Fließwiderstand von Totholz liegen derzeit nicht in praktikabler oder anwendbarer Form vor. Bei der Bearbeitung des thematisch ansonsten ähnlichen Merkblattes DWA-M 524 „Hydraulische Berechnung von Fließgewässern mit Vegetation“ fand Totholz aufgrund seiner in vielerlei Hinsicht abweichenden Eigenschaften keine Berücksichtigung. In einer neuen Arbeitsgruppe des DWA-Fachausschusses WW-3 „Hydraulik“ soll diese Lücke daher geschlossen werden. Ziel ist es, ein systematisch aufgebautes Merkblatt zu entwickeln, dass den Ingenieuren und Biologen in der Praxis bei folgenden Fragestellungen weiterhilft:

• Hydraulische Berechnung, in die das Totholzvolumen, Lageparameter und die Grundrauheit der Sohle eingehen. Eine wassertiefenabhängige Betrachtung ist ebenfalls erforderlich, da die Höhenlage von Totholz im Querschnitt die hydraulische Wirkung maßgeblich bestimmt. Am Ende sollen tiefengemittelte Gesamt-Widerstandsbeiwerte nach dem Rauheits-Überlagerungskonzept nach Einstein / Horten daraus abgeleitet werden können.

• Typisierungskonzept: Was ist Totholz, welche Formen und Größen von Totholz gibt es, wie sehen grundsätzliche hydraulische Charakterisierungen und Berechnungsgansätze aus (mit Verweisen z. B. auf das Merkblatt DWA-M 524)?

• Welche ökologische Bedeutung hat Totholz und welche Mengen sind daher im Gewässer erforderlich und sinnvoll, um die Bewirtschaftungsziele nach EG-WRRL zu erreichen (Orientierungshilfe LAWA-Steckbriefe)? Totholz wird zwar als isoliertes Strukturelement und standardmäßig in der Gewässerrenaturierung eingesetzt, für die Verbesserung des ökologischen Zustands reichen isolierte Maßnahmen jedoch in den meisten Fällen nicht aus.

• Grundlagen zur Quantifizierung des Totholzvolumens und der -geometrie (Anzahl, Länge und Dicke von Ästen, zeitabhängiger Abbau) mit Hilfe von biomechanischen Ähnlichkeitsansätzen.

Der Fokus des Merkblatts soll auf einem praktikablen Ansatz für die Rauheitswirkung liegen und durch entsprechende Bemessungsdiagramme direkt übertragbar werden. Ideal sind wassertiefenabhängige Diagramme für Widerstandsbeiwerte nach Darcy-Weisbach und Gauckler-Manning-Strickler, die verschiedene Fälle gemäß dem Typisierungskonzept abdecken. Diese Diagramme sollen möglichst in marktübliche CFD-Software direkt implementierbar sein. Denkbar sind auch Berechnungsdatenblätter (Excel-spreadsheets), die mit Angabe der wichtigsten Daten durch den Benutzer dann die tiefenabhängigen Widerstandsbeiwerte liefern und automatisch eine entsprechende Datei für den Import in das Modell erstellen.

Die Lagestabilität über den Schleppkraftansatz ist ein zu diskutierender Punkt, der in die Betrachtung aufgenommen werden kann. Ingenieursmäßiger Einsatz oder Verankerungstechniken sind nicht Ziel der Bearbeitung. Auch die umfangreichen und nicht leicht quantifizierbaren morphodynamischen Prozesse, die durch Totholz beeinflusst werden, sollen hier nicht bearbeitet werden. Da viele Vorarbeiten und auch das Merkblatt DWA-M 524 als Führung im Gelbdruck bereits vorliegen, sollte eine effiziente Bearbeitung möglich sein. Wünschenswerte Zielvorgabe sind etwa zwei bis drei Jahre bis zur Ausfertigung eines Gelbdrucks.

Hinweise und Anregungen zu diesem Vorhaben nimmt die DWA-Bundesgeschäftsstelle gerne entgegen. Zur Mitarbeit in der Arbeitsgruppe sind Vertreter/-innen von wissenschaftlichen Einrichtungen, Planungsbüros, Betreibern wasserwirtschaftlicher Anlagen, Mitarbeiter/-innen von Gewässerunterhaltungspflichtigen und Behörden sowie sonstige Interessierte eingeladen. Interessenten wenden sich bitte mit einer themenbezogenen Beschreibung ihres beruflichen Werdegangs an die DWA.

DWA-Bundesgeschäftsstelle, Dipl.-Geogr. Georg Schrenk, Theodor-Heuss-Allee 17, 53773 Hennef, Tel.: 02242/872-210, Fax: 02242/872-184, E-Mail: schrenk@dwa.de