Comparative evaluation of selected hydro-morphological rehabilitation measures for aquatic organisms in urban waterways

Abstract

Like many urban centers did, also Berlin developed along water courses. With the growth of the city and increasing industrialization, natural rivers were modified for navigation purposes and artificial waterways were built. The present network of waterways is almost continuously embanked, water levels are regulated and many additional uses exist. Nonetheless, it is an aquatic habitat and thereby subject to regulations of the EU Water Framework Directive (WFD). To improve the ecological conditions according to WFD requirements, artificial shallow littoral zones were built during two larger construction projects in the River Spree and the Teltow Canal. Sheet pile walls with frequent openings ought to reduce navigation-induced hydraulic disturbances at the banks and thereby create new aquatic habitats without these impacts. Within the present study, abiotic conditions at both rehabilitation sites were measured, analyzed and simulated. In addition, the WFD-relevant quality elements macrophytes, benthic invertebrates and fish were sampled. In parallel, wave-exposed banks were sampled to better account for rehabilitation effects. While exposed banks had only sparse vegetation, protected banks benefited and developed abundant vegetation within five years, indicating a good ecological status. At the same time flow resistance and residence times increased. Due to lowered connectivity and the oxygen engineering capabilities of vegetation, hypoxic conditions were caused, which in turn influenced aerobic organisms. Benthic invertebrates were indeed less abundant at wave- protected sites. None\\-theless, most of them were native taxa and the community was diverse and rich in endangered taxa. In contrast, wave-exposed substrates were populated by high densities of non-native taxa, common for European waterways. However, the increase in diversity and the absence of non- native taxa did not improve the WFD assessment results which were generally poor. The fish community was dominated by roach and European perch and deviated strongly from good conditions. Regardless, fish benefited from habitat complexity. Therefore the artificial shallow banks can be suitable habitats. However, together with the appearance of oxygen deficits they lost their suitability for fish. Generally, both rehabilitation sites led to an improvement of the waterway habitat. The older site showed signs of rapid succession and required morphological changes or maintenance works. Modifications of the openings should be the primary measure to improve the connectivity whereas later on also vegetation removal or dredging could be appropriate. The available WFD assessment tools cannot detect significant improvements of the ecological conditions. Thus, on one side, adaptations of the assessment tools for local measures and urban waterways are required. On the other side, the present assessment results emphasize the need to create riverine conditions and habitats in the future rehabilitation actions.

Wie viele große Städte, entwickelte sich auch Berlin entlang von Gewässern. Mit dem Wachstum der Stadt und der Industrialisierung wurden die natürlichen Gewässer für die Schifffahrt verändert und künstliche Wasserstraßen angelegt. Das heutige Wasserstraßennetz hat fast durchgängig befestigte Ufer, ist staugeregelt und unterliegt vielen Nutzungen. Dennoch ist es auch ein aquatischer Lebensraum, der den Regelungen der EU Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) unterliegt. Zur Verbesserung des ökologischen Zustandes nach WRRL wurden im Rahmen von zwei Ausbaumaßnahmen in den Jahren 2004 und 2008 wellengeschützte Flachwasserbereiche in der Spree und im Teltowkanal geschaffen. Spundwände mit regelmäßigen Öffnungen sollten die schiffsinduzierten hydraulischen Belastungen von den Ufern fernhalten und störungsarme aquatische Habitate schaffen. Im Rahmen dieser Studie wurden an beiden Stellen die abiotischen Bedingungen gemessen, analysiert und auch simuliert. Daneben wurden die WRRL-relevanten Qualitätskomponenten Makrophyten, Makrozoobenthos und Fische beprobt. Vergleichend wurden zur Bilanzierung der Renaturierungseffekte wellenexponierte Ufer erfasst. Während exponierte Ufer vegetationsarm sind, profitierte die Vegetation von der Wellenberuhigung und entwickelte in fünf Jahren dichte Bestände, die einen guten ökologischen Zustand indizierten. Damit erhöhten sich aber auch der Strömungswiederstand und die Aufenthaltszeit. Die reduzierte Konnektivität und vegetationsbedingte Sauerstoffzehrung führten zu hypoxischen Bedingungen, welche sich wiederum auf aerobe Organismen auswirkten. Das Makrozoobenthos war in beruhigten Bereichen zwar wenig abundant, aber meist einheimisch, divers und reich an bedrohten Arten. Wellenexponierte Bereiche waren dagegen in hohen Dichten von den in Europäischen Wasserstraßen üblichen Neozoen besiedelt. Der Diversitätsgewinn in den geschützten Bereichen und das Fehlen der Neozoen schlugen sich allerdings nicht positiv in der WRRL-Bewertung nieder, die generell unbefriedigend war. Die Fischgemeinschaft war dominiert von Plötze und Barsch und wich stark von guten Zuständen ab. Dennoch profitierten Fische von Strukturvielfalt, weshalb auch wellenberuhigte Flachwasserbereiche mit Vegetation geeignete Lebensräume sein können. Mit dem Auftreten der Sauerstoffdefizite verloren sie jedoch ihre Eignung für Fische. Generell führten die künstlichen Flachwasserbereiche zu einer Aufwertung des Lebensraums Wasserstraße. Die ältere Stelle unterlag jedoch starker Sukzession und bedurfte daher morphologischen Anpassungen und einer Unterhaltung - primär durch Modifikation der Öffnungen, erst sekundär durch Ausbaggerung. Die vorhandenen WRRL-Bewertungsverfahren weisen keine signifikante Verbesserung des ökologischen Zustandes auf. Daraus folgt einerseits ein Anpassungsbedarf der Verfahren für lokale Maßnahmen und urbane Gewässer, andererseits müssen im Rahmen von Renaturierungsmaßnahmen zukünftig flusstypische, fließende Habitate geschaffen oder gefördert werden.