Erweiterung des hydro-morphologischen Index der Diversität (HMID) zur Beurteilung der Habitatsvielfalt in einer Restwasserstrecke

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/501673
• Projekttitel Englisch: Extension of the Hydromorphological Index of Diversity (HMID) to quantitatively determine habitat diversity in a river with a residual flow regime

Schlüsselwörter (Englisch)

Index of diversity, river restoration, hydropower impact on eco-systems, habitat diversity, hydromorphology

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Der hydro-morphologische Index der Diversität (HMID) quantifiziert die räumliche Variabilität von hydraulischen und morphologischen Gewässerparameter und somit das Potenzial der Habitatvielfalt. Untersuchungen zeigten, dass Restwasserstrecken hohe HMID Werte aufweisen können, obwohl das Abflussregime gestört ist. Um dem Abflussregime Rechnung zu tragen, wird in diesem Projekt, der HMID mit einem zeitlich variablen Korrekturfaktor erweitert.

Kurzbeschreibung (Englisch)

The Hydromorphological Index of Diversity (HMID) quantifies the spatial variability of hydraulic habitats and morphological parameters and therefore the potential of the habitat diversity in a river. Recent field studies showed, that residual flow reaches result in a large HMID, despite a disturbed flow regime. In this project, the HMID will be extended with a correction factor that takes into account the temporal variation of the flow regime.

Schlussbericht (Deutsch)

Stauanlagen mit grossen Speichern beeinflussen oftmals das Abfluss- und Geschieberegime im Ge­wässerunterlauf. Dadurch kann die natürliche Dynamik, Morphologie und Ökologie von noch verblie­benen Auenlandschaften erheblich beeinträchtigt werden. In der Saane unterhalb der Staumauer Rossens (Kanton Fribourg) führten die jahrzehntelange Restwasserbewirtschaftung und die stark re­duzierte Geschiebefracht zu einer mangelnden Abfluss- und Geschiebedynamik. Als zukünftige denk­bare Gegenmassnahme wurde 2016 ein erstes künstliches Hochwasser an der Staumauer als Ver­such ausgelöst und flussabwärts lokal mit Geschiebebeigaben kombiniert. Flussökologische und hydro-morphologische Aufnahmen wurden vor, während und nach dem künstlichen Hochwasser durchgeführt. Die ökologischen Aufnahmen in der Restwasserstrecke wurden mit Erhebungen in der Schwall-Sunk Strecke flussabwärts der Wasserrückgabe bei Hauterive sowie in der Sense, einem natürlich verbliebenen Zufluss der Saane, verglichen. Die gemessenen hydro-morphologischen Eigenschaften erlaubten zudem einen Vergleich mit den langjährigen Erfahrungen von künstlichen Hochwassern am Spöl (Kanton Graubünden) unterhalb der Staumauer Punt dal Gall. Dabei zeigte sich wie erwartet, dass die Sense als Referenzgewässer mit einem natürlichen Abfluss- und Ge­schieberegime und einem verzweigten Gerinne die höchste EPT-Vielfalt der Makroinvertebraten sowie die höchste hydro-morphologische Diversität aufweist. Demgegenüber ergaben sich in der Restwas­serstrecke der Saane erheblich geringere Werte und eine noch grössere Reduktion in der Schwall-Sunk Strecke, obwohl beide Abschnitte eine mäandrierende Flussmorphologie haben. Selbst einzelne künstliche Hochwasser erhöhen kurzfristig die hydro-morphologische Diversität, insbesondere wenn genug Geschiebe vorhanden ist. Werden künstliche Hochwasser regelmässig abgegeben, kann ein nachhaltiger Nutzen erzielt werden. Je nach Art der Lebensräume sollten künstliche Hochwasser etwa alle 2 bis 5 Jahre ausgelöst werden, wenn nötig mit Geschiebebeigaben im Unterlauf. Dabei können Synergien mit begrenzten Stauraumspülungen im Bereich der Auslassorgane sowie mit dem Durch­leiten von Trübströmen erzielt werden, so dass auch ausreichend Schwebstoffe wie bei einem natürli­chen Hochwasser zur Verfügung stehen.

Zugehörige Dokumente

• Erweiterung des hydro-morphologischen Index der Diversität (HMID) zur Beurteilung der Habitatvielfalt in einer Restwasserstrecke - Schlussbericht [PDF] 2'232 kB

Schlussbericht (Englisch)

Dams with a large retention volume often affect the runoff and sediment regime in downstream rivers. Thus, the natural dynamics, morphology and ecology of the remaining floodplain can be significantly impacted. In the Saane River below the Rossens dam (Canton of Fribourg) decades of residual flow management and a significant reduction of the sediment flux caused an insufficient dynamic of the flow and the sediment regime. As possible future compensation measure, a first artificial test flood was triggered from the dam in 2016 and locally combined with sediment replenishment downstream. River ecology and hydro-morphological data were sampled before, during and after the artificial flood. The ecological data in the residual flow reach of the Sarine were compared with surveys in the hydropeak­ing reach downstream of the turbines at Hauterive and in the Sense, a tributary of the Saane with a natural flow regime. The measured hydro-morphological characteristics allowed the comparison with the long-term experience of artificial floods at Spöl (Canton of Graubünden) downstream of Punt dal Gall dam. The results showed, as expected, that the Sense as the reference river with a natural runoff and a braided river bed has the highest EPT diversity of macroinvertebrates and the highest hydro-morphological diversity. In contrast, the values in the residual flow reach of the Saane were signifi­cantly smaller and an even larger reduction was measured in the hydropeaking reach, despite both river reaches have a meandering river bed. Even single artificial floods increase the hydro-morpho­logical diversity in short-term, especially when there is enough sediment available. If artificial floods are triggered on a regular basis, a sustainable advantage can be achieved. Depending on the type of habitats, an artificial flood should be released about every 2 to 5 years, if needed with sediment re­plenishment downstream. Thereby, synergies with reservoir flushing through the bottom outlets as well as with venting of turbidity currents could be obtained, assuring a sufficient availability of suspended solids as for natural floods.

Schlussbericht (Französisch)

Les barrages avec un large volume de rétention influencent souvent le débit et le régime sédimentaire des rivières en aval. Ils peuvent dégrader la dynamique naturelle, la morphologie et l´écologie des zones alluviales résiduelles. Des décades avec du débit résiduel résultent dans un flux de charriage réduit et un manque du dynamisme du système aquatique dans la rivière Sarine, en aval du barrage de Rossens (Canton Fribourg). Une première crue artificielle d’essais a été déclenchée par le barrage en 2016 comme possible future mesure de compensation et localement combinée avec de l’approvisionnement sédimentaire en aval. Des data de l'écologie et de l’hydro-morphologie ont été mesurés avant, pendant et après la crue artificielle. Les mesures écologiques dans le tronçon avec le débit résiduel ont été comparées avec celles du tronçon avec des marnages en aval de la centrale à Hauterive et avec une référence naturelle, la Singine, un affluent naturel de la Sarine. Les caractéris­tiques hydro-morphologiques mesurées ont également été comparées à l'étude longue terme du Spöl (Canton Grison) à l’aval du barrage de Punt dal Gall, où les crues artificielles sont déclenchées pério­diquement depuis 2000. Les résultats montrent comme espéré que la Singine, l’écoulement de réfé­rence avec un régime naturel et un lit en tresse, héberge la plus grande diversité de macro-invertébrés EPT et la plus grande diversité hydro-morphologique. Par contre résultent des valeurs notablement réduites dans la Sarine avec un débit résiduel et une réduction encore plus grande dans le tronçon avec un débit des marnages, malgré les deux tronçons ont un lit de la rivière avec des méandres. Même des crues artificielles individuelles augmentent la diversité hydro-morphologique à court terme, surtout lorsqu'il y a suffisamment de sédiments. Si elles sont déclenchées régulièrement, un avantage durable peut être atteint. Dépendant des habitats, une crue artificielle doit être déclenché environ tous les 2 à 5 ans et si nécessaire combiné avec d’approvisionnement sédimentaire en aval. À cet effet, des synergies avec l’ouverture des vidanges de fonds du réservoir en amont ainsi qu'avec le transit des courants de turbidité peuvent être obtenu, pour qu’il y a suffisamment des fins dans la rivière comme dans le cas d’une crue naturelle.