Wasserbau und Ökologie: «Man muss die Denkweise der anderen begreifen»

1.9.2021 - Im Forschungsprogramm «Wasserbau und Ökologie» erarbeiten Forschende aus unterschiedlichen Disziplinen wissenschaftliche Grundlagen und Lösungen für den Umgang mit Fliessgewässern. Wie funktioniert diese Kooperation im Alltag? Der Ingenieur David Vetsch von der ETH Zürich und die Biologin Christine Weber vom Wasserforschungsinstitut Eawag geben Einblick in ihre Arbeit. 

Interview: Nicolas Gattlen

David Vetsch (47) studierte an der ETH Zürich Bauingenieurwesen. Er leitet seit 2013 die Forschungsgruppe Numerische Modellierung an der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) der ETH Zürich. Zudem lehrt er an der ETH Zürich und ist Mitglied im Leitungsteam des Forschungsprogramms «Wasserbau und Ökologie».

Christine Weber (45), Biologin, leitet die Forschungsgruppe Flussrevitalisierung an der Eawag, lehrt an der ETH Zürich und ist Mitglied im Leitungsteam des Forschungsprogramms «Wasserbau und Ökologie».
© Kilian J. Kessler | Ex-Press | BAFU

Das Forschungsprogramm «Wasserbau und Ökologie» (W&Ö) startete im Jahr 2002 mit dem «Rhone-Thur-Projekt». Was gab den Anstoss zu diesem Programm?

David Vetsch (DV): Ein wichtiger Grund waren die Hochwasser in den 1990er-Jahren. Man musste damals feststellen, dass die kanalisierten Flüsse nicht ausreichend Schutz bieten. Auch wuchs in den 80er- und 90er-Jahren das Bewusstsein dafür, dass die Kanalisierungen zu einer ökologischen Verarmung der Flüsse und Bäche geführt hatten. Also begann man, Flussabschnitte zu revitalisieren, ihnen mehr Platz zu geben. Das Forschungsprogramm «W&Ö» will die Praktikerinnen und Praktiker in dieser wichtigen Entwicklung begleiten und unterstützen.

Der Wasserbau war über Jahrzehnte eine Domäne der Ingenieurinnen und Ingenieure – in diesem Programm aber ist die Ökologie gleichwertig verankert, Ingenieure und Ökologinnen erarbeiten die Forschungsfragen gemeinsam. Warum haben Sie sich auf diese «Zwangsheirat» eingelassen?

DV: Die Wasserbau-Institute haben während Jahrzehnten die Kanalisierung der Flüsse fachlich begleitet. Unsere Vorgängerinnen und Vorgänger erforschten, wie man möglichst gut kanalisiert. Das hat sich in den letzten 30 Jahren geändert. Wir Ingenieure und Ingenieurinnen wollen heute einen Beitrag zur Revitalisierung der Gewässer leisten. Prioritär sind wir dem Hochwasserschutz verpflichtet; dabei gilt es aber, auch der Ökologie Rechnung zu tragen. Wir müssen über den Tellerrand schauen und verstehen, was die Kolleginnen und Kollegen aus der Ökologie beschäftigt. Die heutigen Fragestellungen sind für alle «Eheleute» eine Herausforderung, die wir gemeinsam am besten meistern können.

Christine Weber (CW): Auch wir Ökologinnen und Ökologen haben ein grosses Interesse an einer Zusammenarbeit. Die Schweiz verfügt über ein dichtes Netz an Gewässern; sie gehören zu den artenreichsten Lebensräumen unseres Landes. Die Roten Listen der bedrohten Tier- und Pflanzenarten der Schweiz zeigen, dass die Fliessgewässer-Lebewesen am stärksten vom Rückgang betroffen sind. Ihre Lebensräume wurden in den letzten 150 Jahren massiv verkleinert und beeinträchtigt. Neben dem Schutz intakter Gewässer bieten die gesetzlich geforderten Revitalisierungen eine grosse Chance für eine Trendwende.

Wie ist die Zusammenarbeit im Forschungsprogramm «W&Ö» geregelt?

DV: Die Zusammenarbeit beginnt damit, dass die vier Forschungseinrichtungen zusammen mit dem BAFU ein vier- bis fünfjähriges Projekt mit jeweils rund einem Dutzend Teilprojekten entwickeln. Die Inhalte der Studien werden gemeinsam diskutiert und die Teilprojekte paritätisch aufgeteilt. Unter den Teilprojekten gibt es sogenannte Schwesterprojekte. Hier ist die Kooperation zwischen den Forschenden besonders eng.

CW: Diese Schwesterprojekte tragen massgeblich dazu bei, dass sich die Disziplinen näherkommen. Man entwickelt Fragestellungen gemeinsam, diskutiert viel, verbringt allenfalls eine längere Zeit an der Partnerinstitution. Auch die gemeinsamen Publikationen stärken die Bande zwischen den Forschenden. Man findet sich über die Geschichten, die man zusammen schreibt, und kann in die Welt der anderen eintauchen.

Welchen Fragen gehen diese Projekte nach?

CW: Ein aktuelles Schwesterprojekt untersucht, ob bei einem Geschiebedefizit die Lebensraumvielfalt reduziert ist und dadurch weniger Refugien zur Verfügung stehen. Refugien sind für viele aquatische Arten lebenswichtig. Hier finden die Tiere unter harschen Bedingungen Unterschlupf, beispielsweise bei einem Hochwasser. Wir von der Eawag untersuchen im Labor und im Feld, welche Refugien Insektenlarven während hoher Abflüsse nutzen. Die Kollegen und Kolleginnen der ETH Zürich analysieren die hydraulisch-morphologischen Prozesse, unter denen solche Refugien entstehen. In der praktischen Revitalisierungsplanung werden Refugien heute noch kaum berücksichtigt, da wenig gesicherte Daten vorliegen.

DV: Weitere spannende Schwesterprojekte betreiben wir mit der ETH Lausanne (EPFL) und der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL). An der EPFL wurde in einem Versuchskanal untersucht, wie sich Feinsedimente auf Vorländern ablagern. Die Ergebnisse der physikalischen Modellversuche verwenden wir nun, um unsere numerischen Modelle zu validieren. In einem anderen Projekt untersuchen wir an einem aufgeweiteten Flussabschnitt der Moesa im Kanton Graubünden, wie sich die Gewässerlebensräume aufgrund morphologischer Veränderungen entwickeln. Dazu machen wir regelmässig Aufzeichnungen, die wir später in ein Simulationsmodell übertragen. Gleichzeitig untersucht dort die WSL, wie sich die Deutsche Tamariske – eine seltene und gefährdete Pionierpflanze – in einem solch dynamischen Lebensraum ausbreitet. Nun sind wir daran, die beiden Modelle miteinander zu kombinieren.

Was sind die Knacknüsse in der disziplinen­übergreifenden Arbeit?

DV: Dass man sich Zeit nimmt und die anderen zu verstehen versucht. Nicht nur technisch, in den Details, sondern viel umfassender: Man muss die Denkweise der anderen begreifen, sich in ihr Forschungsgebiet vertiefen, immer wieder nachfragen. Dabei lernen wir auch die Wissensgrenzen der anderen kennen. Grundsätzlich geht man ja davon aus, dass die anderen auf ihrem Gebiet alles wissen. Und dann stellt man mit Erstaunen fest, dass sie teilweise auch im Trüben fischen. Das kann sehr befreiend sein …

CW: … für beide Seiten. Kolleginnen und Kollegen aus anderen Disziplinen stellen manchmal sehr grundsätzliche Fragen, die Leute aus der eigenen Disziplin nicht mehr aufwerfen, weil man sie längst beantwortet glaubt. Das ist herausfordernd und zwingt einen, den eigenen Blick zu öffnen.

Sie sind beide seit 2002 in diesem Programm engagiert, starteten als Doktorandinnen und Doktoranden mit Untersuchungen an Flussaufweitungen an der Rhone und der Thur, leiteten später Teilprojekte und nahmen Einsitz im Leitungsteam. Welche Erkenntnisse haben Sie in diesen bald 20 Jahren über die Fliessgewässer gewonnen?

CW: Was mich an der praxisnahen Flussforschung stets von Neuem fasziniert, ist die Komplexität der Probleme. Eine biologische Fragestellung hat immer auch eine hydraulische, chemische oder sozioökonomische Komponente. Es braucht also die interdisziplinäre Zusammenarbeit. Sehr befruchtend ist auch das Hin und Her zwischen Theorie und Praxis. Mit den Erkenntnissen des «Rhone-Thur-Projekts» haben wir ein Set an Indikatoren für die Wirkungskontrolle bei Fliessgewässer-Revitalisierungen entwickelt. Damit lässt sich beurteilen, ob eine Flussaufweitung tatsächlich zu aufgewerteten und wiederbelebten Lebensräumen geführt hat.

DV: Ich habe ähnliche Erfahrungen gemacht. Bei den Untersuchungen an der aufgeweiteten Thur wurde mir klar, dass Prozesse in Fliessgewässern sehr komplex sein können und dass unser Verständnis nach wie vor beschränkt ist. Gerade bei einem Hochwasser wird die enorme Dynamik solcher Systeme deutlich. Die Auswirkungen der Sedimentfrachten auf die Fliessgewässer und ihre Lebensräume werden die Forschung noch lange beschäftigen. Doch wir haben in den letzten Jahren viel dazugelernt und verfügen inzwischen über eine gute Basis.

Im Rahmen des Forschungsprogramms haben Sie, Herr Vetsch, zusammen mit Kollegen und Kolleginnen ein Simulationstool zur Modellierung der Hydro- und Morphodynamik in Fliessgewässern entwickelt. Lässt sich damit präzise vorhersagen, wie sich eine bauliche Massnahme langfristig auswirkt? Ob und an welchen Stellen zum Beispiel Laichplätze für Fische entstehen?

DV: Verlässliche lokale Prognosen sind mit den aktuellen Modellen nur beschränkt möglich, und viele Aspekte können wir noch nicht genügend gut abbilden. Mit der stetigen Verbesserung der Modelle und mit höheren Rechenleistungen können wir aber zunehmend verlässliche Aussagen zu Veränderungen in Fliessgewässern machen, sei es aufgrund von Hochwasser oder bedingt durch den Kraftwerksbetrieb. Unser Tool wird heute in verschiedenen Ingenieurbüros zum Beispiel zur Erstellung von Gefahrenkarten oder für die Beurteilung des Geschiebehaushalts verwendet.

Wo sehen Sie, Frau Weber, noch grossen Forschungsbedarf?

CW: Beim Zusammenspiel zwischen dem Lokalen und dem Grossräumigen. Wichtige Prozesse wie Geschiebetransport, Holzeintrag, Abfluss oder Wanderungen von Organismen laufen grossräumig ab, im Einzugsgebiet eines Flussabschnitts. Gleichzeitig können lokale Faktoren wie künstliche Abstürze ihrerseits das Grossräumige beeinflussen. Dieses komplexe Zusammenspiel bestimmt, wie sich ein Revitalisierungsprojekt entwickeln kann.

Der Bezug zur Praxis ist in diesem Forschungsprogramm zentral. Wie wird er hergestellt?

CW: Eine Begleitgruppe mit Vertretern und Vertreterinnen von BAFU, Kantonen, privaten Büros und Nichtregierungsorganisationen unterstützt uns bei der Entwicklung von praxisrelevanten Produkten. Dazu zählen beispielsweise die vom BAFU publizierten Merkblattsammlungen, das «Handbuch für die Erfolgskontrolle bei Fliessgewässerrevitalisierungen» oder das frei verfügbare Simulationstool «BASEMENT». Nun sind wir daran, einen Flyer zu entwickeln, der auf die Bedürfnisse der Gemeindebehörden ausgerichtet ist. Ausserdem werden die Merkblattsammlungen künftig nicht nur in deutscher, französischer und italienischer Sprache, sondern auch in Englisch publiziert. Unsere Erkenntnisse sind nicht nur für die Schweiz relevant, wir wollen sie auch international teilen.

Forschungsprogramm «Wasserbau und Ökologie»

Bund und Kantone stehen vor der grossen Herausforderung, die Schweizer Fliessgewässer als Lebensraum aufzuwerten, den Schutz vor Hochwasser sicherzustellen und dabei die Nutzung der Gewässer zu berücksichtigen. Um die Behörden und Planungsfachleute in diesen Aufgaben zu unterstützen, hat das BAFU gemeinsam mit den Forschungsinstitutionen Eawag, PL-LCH (EPFL), VAW (ETH Zürich) und WSL 2002 das Forschungsprogramm «Wasserbau und Ökologie» lanciert. Bereits abgeschlossen sind die Projektphasen «Rhone-Thur» (2002–2006), «Integrales Flussgebietsmanagement» (2007–2011) sowie «Geschiebe- und Habitatsdynamik» (2013–2017). Das aktuelle Projekt «Lebensraum Gewässer – Sedimentdynamik und Vernetzung» (2017–2021) behandelt zwei zentrale Forschungsthemen: den Feststofftransport und die Gewässerlebensräume in mittelgrossen Fliessgewässern.

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Letzte Änderung 01.09.2021

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