Ingenieurbiologie

Die Einsicht nicht gegen, sondern mit der Natur zu arbeiten und meistens günstige Baustoffe vor Ort verwenden zu können und dieses bei vergleichsweise geringen Lohnkosten, half der neuen Technologie weiter. Nichtsdessotrotz war eine gewisse Naturverbundenheit des Personals, meistens in Wasserwirtschaftsämtern, Naturschutzorganisationen und Flussmeistereien erforderlich, um zunächst nur einem begrenzten Anwenderkreis die stark durch Handarbeit geprägte Technologie von Generation zu Generation weiterzugeben.

Gerade in alpinen Bereichen, dort wo vermehrt die Ingenieurbiologie angewendet wurde, war der Einsatz von Maschinen und maschinellen Geräten nur in geringem Umfang möglich.

Steigende Lohnkosten wirkten sich negativ auf ingenieurbiologische Maßnahmen aus, da die handarbeitintensive Technologie sich stark verteuerte und die relativ schwere Arbeit auch für die Anwender immer unattraktiver wurde. Diese beiden Einflussfaktoren lenkten natürliche Baustoffe und Baumaßnahmen in den Hintergrundund ebneten billigeren Methoden zur Ufersicherung, z.B. durch neuartige Baustoffe wie Beton, synthetische Vliese und verstärkten Maschineneinsatz den Weg. Somit wurde eine ökologische Lebendbauweise von vielen Leuten nicht richtig erkannt und dementsprechend selten eingesetzt.

Die weitere Entwicklung und der heutige Stand

Die umweltpolitische Entwicklung und höhere Sensibilität führten zu einer Renaissance im Lebendbau und der ökologischen Wirkung. Die Prioritäten gegenüber rein technisch ausgerichteten Bauweisen veränderten sich zu Gunsten der Ingenieurbiologie.
Unterstützt wurden diese Entwicklungen durch entsprechende Gesetzgebung auf Bundeslandes- und EU-Basis. Durch die Umwelteinflüsse und Veränderungen in den 70igern und Anfang der 80iger Jahre, das verstärkte Umweltbewusstsein der Bevölkerung; wie Bodenverseuchung, Ozonlöcher u.ä. half bestimmend mit, das reine Denken in Beton und Asphalt zu verändern.

Durch diese umwelt- und gesellschaftspolitischen Strebungen, durfte man jedoch die Wirtschaftlichkeit nicht aus den Augen verlieren. Ein wirtschaftlicher Aspekt ist ein wichtiges Entscheidungskriterium, er wurde über viele Jahre jedoch den rein ökologischen Aspekten untergeordnet. Im Zeitalter leerer Kassen müssen sich jedoch ökologische Aspekte gleichstellen bzw. sehr häufig unterordnen.

Um dieser Tendenz Einhalt zu gebieten und einen Ausgleich zwischen Ökologie und Ökonomie zu schaffen, mussten sich die Methoden der Ingenieurbiologie in den vergangenen Jahren wandeln und was früher noch Gang und Gebe war, wird heute durch neue Produktentwicklungen sowie Fertigungstechniken ersetzt. Ein gewisses Maß an "Industrialisierung" in der Ingenieurbiologie wurde unumgänglich, um den Wettbewerb zwischen Ökologie und Ökonomie zu Gunsten der Ökologie entschieden.
Auch diese neue Techniken werden nachfolgend weiter erläutert.

Uferschutz mit Röhrichten

Röhrichte sind Pflanzengesellschaften im aquatischen Bereich, wobei Einzelpflanzen des Röhrichts vornehmlich im Bodensubstrat unter Wasser wurzeln und ihre grüne Biomasse überwiegend oberhalb des Wasserspiegels entwickeln. Insbesondere die Pflanzen der sogenannten Wasserwechselzone oder des amphibischen Bereiches sind aus Sicht der aquatischen Ingenieurbiologie von großer Bedeutung.

Die Biomasse, bestehend aus Stengeln und Blättern, reduziert Strömung und Wellenauflauf und reduziert somit die erodierenden Aktivitäten. Durch die elastische Verformung des Röhrichts werden die auflaufenden Wellen gedämpft. Das Bodensubstrat wird durch feine verzweigte Verwurzelungen umklammert und verfestigt. Je feiner und verzweigter die Verwurzelung ist, desto größer dieser Effekt. Grob und tief wurzelnde Arten wie z.B. Schilf (Phragmites australis) oder Rohrkolben (Typha latifolia/angustifolia) besitzen nicht die gleiche flächendeckende Wirkung wie Seggen (Carex Spezien) mit ihren schlanken weitverzweigten Rhizomsystemen.

Niedrige Röhrichtarten legen sich bei höheren Wasserständen bzw. bei Überströmung um. Die grüne Biomasse bedeckt den Boden, die hierdurch nun wiederum eine erosionsschützende Wirkung hat. Röhrichtbesiedelte Flächen sind Biotope und stellen einer Vielzahl von Organismen Besiedlungsmöglichkeiten dar. So findet man neben Mikroben Schnecken, Würmer, Käfer und Vögel.
Durch die Durchströmung und Belichtung werden ebenfalls lebhafte Stoffwechselprozesse in Gang gesetzt. Röhrichte haben aber auch z.B. als Schilf- und Binsenfelder einen hohen Stellenwert bei der Ufersicherung, der Abwasserbehandlung vornehmlich durch die Akkumulation und Separation von Schwermetallen und der Entwässerung von Klärschlämmen.

Fluss- und bachbegleitende Röhrichte im Speziellen

Im Bereich von Flüssen und Bächen handelt es sich meistens um kleinwüchsige und relativ niedrige Röhrichtarten, die angepasst sind an die häufig auftretenden Überschwämmungen mit sehr großen Strömungsgeschwindigkeiten. Neben den Carex-Spezien, die zahlreiche Unterarten besitzen, sind Veronica beccabunga zu nennen. Diese Arten etablieren sich mal säumig in den Wasserwechselzonen und sichern dort die Ufer gegen Erosion. Je geringer die Strömungsgeschwindigkeiten, desto größer die Weite der Röhrichtgürtel. Insbesondere bei Stillgewässern ist eine ausgeprägte Sukzession festzustellen, in der Schilf (Phragmites australis) dominiert.

Neben den o.g. dominierenden Arten ist eine Begleitflora anzutreffen. Hierzu gehören u.a. die Arten Iris pseudacorus, Caltha palustris, Lythrum salicaria, Lysimachia vulgaris und viele mehr. Aus diesem Spektrum des natürlichen Umfeldes wird aus ingenieurbiologischer Sicht eine Auswahl der Arten getroffen, die für die zu erzielenden Effekte besonders geeignet sind.

Die Carex-Arten, die z.B. starke Ausläufe haben, sehr robust und flächendeckend sind, haben ihren hohen Stellenwert im Bereich des Erosionsschutzes. Phalaris arundinecea wird als sogenannte Rahmenpflanzung vor Schilf (Phragmites australis) verwendet. Tiefwurzelnde Arten (wie z.B. Iris) werden zum Zwecke der Dämpfung mechanischer Einflüsse (z.B. Wellenauslauf) verwendet.

Natürliche Sukzession an Gewässern

Die in früheren Jahrhunderten langsam ablaufenden Prozesse haben sich in der heutigen Zeit deutlich beschleunigt. Eutrophierungen und Verlandungen laufen wesentlich schneller, machen nun wiederum menschliche Eingriffe erforderlich, um das Gewässer im alten Zustand zu erhalten. Die Entwicklung des Röhrichts unterliegt dabei diversen äußeren Einflüssen und Standortfaktoren. Hierzu gehört z.B. die Form des Gewässers. Auch die Böschungsneigung hat einen erheblichen Einfluss und stellt eine schwierige Aufgabe dar, je steiler die Uferböschung ist.

Grundsätzlich gilt: Je flacher die geneigte Böschung ist, um so günstiger die Entwicklung des Röhrichts im Wasserwechselzonenbereich. Auch Prall- und Gleithänge spielen einen deutlichen Einfluss bei dem Zustand des gewässerbegleitenden Röhrichtsaumes. So sind an Prallhängen z.B. kaum Röhrichte anzutreffen und eine Etablierung ist nur mit entsprechenden Schutzmaßnahmen möglich. An flachen Gleitufern ist es hingegen deutlich einfacher, noch in aktzeptablen Zustand befindliche Röhrichtzonen auszubauen. Einflüsse wie z.B. UV Einstrahlung und Wind sind wichtige Parameter. Veränderungen des Wasserspiegels als auch die Qualität des Bodensubstrats sind wichtige Faktoren. Ein Standortvorteil sind Böden mit mineralischen und organischen Stoffen. Reine sandige Böden bieten wiederum wenige Vorteile.

Neben dem bereits erwähnten Einfluss von Licht, wird hierdurch auch die Wassertemperatur zu einem Standortmerkmal. Niedrige Wassertemperaturen verzögern das Wachstum. Dieses ist besonders in sogenannten kalten Frühjahren festzustellen, wenn noch eine erhöhte Niederschlagsmenge hinzukommt. Hier entsteht nun ein Teufelskreis für die Pflanzen, z.B. für die Phragmites australis, der sehr schnell in einem Kampf und Wettlauf zwischen dem Wasseranstieg und dem Wachstum ausartet und letztendlich zu einem so großen Pflanzenstress führt, dass es zum Rückgang der Phragmites-Bestände kommen kann.

Normale "Unregelmäßigkeiten" in der Witterung werden jedoch üblicherweise von den Pflanzen, z.B. nach einer längeren Kaltphase, bei steigenden Temperaturen durch schnelleres Wachstum wettgemacht.

Durch die in den vergangenen Jahren starke Verunreinigung und Eintrag von Schwebstoffen, werden ausgeprägtere Pflanzenbestände in größeren Wassertiefen nachhaltig geschädigt. Ein Rückgang dieser Arten ist zu erwarten.

Mechanisch dynamische Faktoren sind ständiger Stress durch Wind, er führt zu einer entsprechend geringeren Entwicklung. Wellen richten entsprechende Schäden an Ufern an, die in den vorgelagerten Röhrichtbeständen auch entsprechende Spuren hinterlassen können. Verkehrstechnische Einflüsse sind diese Faktoren. Eine der wichtigsten Parameter ist die Fließgeschwindigkeit, diese richtet in vielen Fällen auch Schäden an. Ansiedeln werden sich weiterer steigender Fließgeschwindigkeit letztendlich nur noch Moose oder Algen.

Eine Überstauung von mehreren Tagen ist bei ausreichender Belichtung für viele Arten der Ufer- und Röhrichtzone ohne Probleme, kommen jedoch zusätzliche Negativfaktoren wie Gewässertrübung und höhere Geschwindigkeiten sowie niedrige Temperaturen dazu, kann dieses die Pflanzenentwicklung nachhaltig negativ beeinflussen. Im umgekehrten Fall ist ein Trockenstand der sukzessive, also nicht spontan erfolgt, auch auf eine gewisse Zeit tolerierbar. Zunächst wird ein Wasserentzug durch ein verstecktes Wachstum in Richtung des absinkenden Wasserstandes seitens der Pflanzen kompensiert. In der nächsten Phase werden die Pflanzen ihre Biomasse abstoßen/eintrocknen und weiteren Kräfte zum erneuten Austrieb in den Rhizomsystemen und Wurzeln speichern. Somit können Röhrichtpflanzen häufig im amphibischen Bereich längere Zeit ohne dauernden Wasserstand auskommen.

Chemisch physikalische Faktoren

Der optimale PH-Wert für Röhrichte liegt im Bereich 6,5 - 7,0. Man kann Pflanzen über einen längeren Zeitraum jedoch an andere PH-Werte gewöhnen/anpassen, so dass die Wachstumstoleranz im PH-Wert bei entsprechender Anpassung im Bereich 4-11 liegen kann. Die organische Belastung mit verstärkter Zufuhr von Nährstoffen aus Düngemitteln ist nach wie vor ein Thema.

Der durch die Überdüngung hervorgerufene Pflanzenwuchs beeinflusst negativ den Sauerstoffhaushalt und führt durch das Wachstum zu einer Abflussverminderung und kann ein "Umkippen" des Gewässers beeinflussen. Auch durch Eintrag durch die Industrie von hochbelasteten Wassern in die Ströme, erfolgt eine Kraft auf die Pflanzen, die entsprechend unterschiedlich hierauf reagieren. Einige dieser Pflanzen schließen z.B. in ihre Biomasse Metalle oder schwermetallhaltige Verbindungen ein. Andere Pflanzen bauen die angetragenen Stoffe nachhaltig ab.

Die physiologischen Faktoren wie z.B. urbane Einflüsse durch Angler, Bootsfahrer oder touristische Einflüsse durch Schwimmer, Spaziergänger beeinflussen die Entwicklung der Röhrichte. Die klassichen Fütterungstellen für Enten seien hier beispielhaft genannt, wo systematisch der Röhrichtsaum zerstört und preisgegeben wird. Temporär auftretende Einflüsse dieser geschilderten Art sind von einem gesunden Röhrichtgürtel zu kompensieren. Bei permanentem Einfluss ist dieses allerdings nur schwer zu verkraften.

Zu nennen sind die negativen Einflüsse z.B. durch Überdüngung oder durch Eintrag von Futter bzw. dessen Reste. Dieses kann zu Ablagerung von mehreren Zentimetern Stärke führen, die kontinuierlich dafür sorgen, dass die Röhrichte geschädigt werden.

Maßnahmen zum Schutz bestehenden Röhrichts

Das Erkennen der Negativeinflüsse ist wichtig, um entsprechende gezielte Gegenmaßnahmen einleiten zu können. Hier gehören z.B. wellenbrechende Systeme bzw. wellendämpfende Systeme oder die Verhinderung des Eindringens in den Röhrichtsaum von der Gewässerseite. Ähnliches gilt für das Eindringen an die Uferbereiche, z.B. durch Anlegen von Gräben und Zäunen, möglichst im naturnahen Charakter. Gesetzgeberische Maßnahmen und Verordnungen sind weitere Möglichkeiten, die jedoch in der Praxis sehr häufig nicht ausreichend funktionieren.

Eine reine Nutzungsbeschränkung z.B. im Schwimm- und Badebetrieb, ohne entsprechende technische Unterstützung, sind den Nutzern mit entsprechenden aufklärenden Informationen nahezubringen, um somit diese Klientels zu sensibilisieren. Wenn diese Maßnahmen durchgeführt werden, und zwar mit nachhaltigem Erfolg, sind auch grundsätzliche Parameter für die Wiederansiedlung von Röhricht gesetzt. Grundvoraussetzung für die Wiederansiedlung sind geeignete Pflanzen. Diese müssen qualitativ und quantitativ in geeigneter Zahl zur Verfügung stehen und gegen mechanische Einwirkung entsprechend geschützt werden. Bei der Artenauswahl ist die Standortgerechtigkeit nicht zu vernachlässigen, jedoch müssen auch die weiteren Belastungsfaktoren bei der Auswahl berücksichtigt werden.

Generell sollte man davon ausgehen, dass für die Röhrichtpflanzung jene robuste Pflanzen verwendet werden, die aus ingenieurbiologischer Sicht die größtmögliche Sicherung im Bereich Erosionsschutz, Etablierungsfähigkeit, Robustheit und Unempflindlichkeit gegen Schädlingsbefall gewährleisten. Hierdurch ergibt sich eine größere Entwicklungschance und soll eine Auswahl aus "Gerüst" darstellen. Alle weiteren Pflanzen dienen mehr der Begleitflora und werden sich je nach Standortbedingungen entsprechend etablieren, falls möglich.

Herkunft des Pflanzenmaterials

Gerade im süddeutschen Raum wird häufig über autochthones Material gesprochen und dieses verlangt. Selbstverständlich sind gewisse Parameter einzuhalten, jedoch sollte man nicht den Fehler machen, Kenntnisse des terrestrischen Bereiches für den aquatischen Bereich und die Hydro-Ingenieurbiologie in gleicher Form anzuwenden. Hierbei sei z.B. erwähnt, dass in Folge der fließenden Welle, durch die Verschleppung der Samen, durch Vögel und durch sehr differenzierte Standortbedingungen zwischen einem Fließgewässer und einem unmittelbar daneben liegenden Stillgewässer Parameter relevant werden, die so unterschiedlich sind, dass die Bedeutung der autochthonen Herkunft total überbewertet wird. Weiterhin sollte die Beschaffung von autochthonem Material nicht zur Beschädigung der Umgebung führen, Stichwort Sodengewinnung etc. Bei einer einfachen Beschaffungsmöglichkeit kann man jedoch mit entsprechend guter Planung und Vorlaufzeit dieses Pflanzenmaterial verwenden, in dem man Pflanzen mit bestimmten Erbanlagen durch vegetative oder generative Vermehrung heranzieht. Die generative Vermehrung bietet sich an, um große Mengen von Pflanzen anzuziehen, wobei die Methoden der Saatbehandlung die Aufbereitung, die Lagerung etc. von einem Fachmann bzw. Fachbetrieb erfolgen sollte. Die vegetative Vermehrung läßt sich bei manchen Arten, z.B. Acorus calamus (Kalmus) in unseren Breitengraden nur vegetativ und nicht generativ vermehren. Dieses erfolgt z.B. durch Rhizomteilung oder durch Wurzelabschnitte. Hieraus können dann neue Pflanzen herangezogen werden. Die vegetative Vermehrung ist teilweise sehr aufwendig und wird z.B. bei Phragmites australis selten angewendet, da sie zwar theoretisch möglich ist jedoch ist es eine sehr aufwendige und kostenspielige Art, die auf wenige Wochen im Jahr begrenzt ist. Bei zunehmender Nachfrage für ingenieurbiologische Produkte, dank verstärktem Einsatz an Bauvorhaben, ist diese Methode heute nicht mehr wirtschaftlich vertretbar. Generell gilt jedoch, dass egal nach welcher Methode, die Pflanzen vermehrt und angezogen werden, eine ausreichende Anzahl verschiedenartigster Röhrichtpflanzen sichergestellt werden muss, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Heutzutage werden entsprechende Pflanzenqualitäten, z.B. als sogenannte Multipalettenpflanzen vorrätig gehalten, die eine zügige und effektive Bepflanzung in ausreichender Menge und gesunder Qualität gewährleistet.

Zu beachten ist jedoch, dass das Timing zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer genau besprochen werden muss, um die Pflanzen sach- und fachgerecht für die Pflanzung zu verwenden.

Die Pflanzbereiche sollten entsprechend geschützt werden, um z.B. einen Vertritt durch Publikum oder eine Beschädigung durch Hineinfahren in den Röhrichtgürtel mittels Booten zu verhindern. Bei Neuanpflanzung von Röhrichten sollte auch der Verbiss durch Wasservögel beachtet werden. Hierdurch können die Neuanpflanzung stark in Mitleidenschaft gezogen werden. Hierfür müssen entsprechende Einzäunungen oder Gitter ggf. verwendet werden, wobei die Maschenweiten und -ausführungen so gewählt sein müssen, um große Vögel vom Verbiss abzuhalten, jedoch den jungen Vögeln Durchschlupf zu gewähren. Zweige und Buschwerk, durch das das Röhricht durchwachsen kann, haben sich als eine sehr günstige und effektive Methode hierbei bewährt. Auch durch die Auswahl der Pflanzen kann man einen positiven oder negativen Einfluss hervorrufen. Glyceria maxima (Wasserschwade) oder Phragmites australis (Schilf) werden gerne von Vögeln verbissen. Vorgelagert vor den Neuanpflanzungen sollten ggf. Konstruktionen entstehen, die einen Schutz über einen längeren Zeitraum gewährleisten. Dies kann einerseits durch mobile wellendämpfende Anlagen passieren, andererseits jedoch auch durch natürliche Systeme, die sich in das Landschaftsbild einfügen oder über Jahre in den Anwuchserfolg des Röhrichtsaumes einbezogen werden. Hierzu haben sich einige in den Anzuchtstätten vorangezogene Systeme wie z.B. Röhricht/Vegetationsmatten auf Basis von Kokosmatten oder Röhrichtwalzen(zylinderförmige 3 m lange Walzen auf Basis Kokossubstrat) vorangezogener Pflanzen etabliert. Je nach Jahreszeit und mechanischer Belastungen sowie den vorangegangenen beschriebenen Standortfaktoren, können Retentionsträgersysteme unbepflanzt, wie z.B. die Vegetationsfaschine aus Kokos, eingesetzt werden und kann nachträglich eine Bepflanzung erfolgen. Im Gegensatz zu Faschinen aus Totholz, die sich häufig sehr schnell biologisch abbauen, gewährleisten auf Kokosfaser basierende Produkte meistens mehrjährige Standzeiten, die bei einer guten Etablierung der Röhrichte nützlich ist.

BGS Ingenieurbiologie und -ökologie GmbH Produktprogramm

Bei stärkeren Belastungen ergeben sich statt der zuvor beschriebenen Produkte der Produktreihe ArmaFlor® die Möglichkeiten der BesTec® Deckwerkstechnologie, die von BGS Ingenieurbiologie und -ökologie GmbH in industrieller Produktionsweise hergestellt werden. 
Die BesTec® Produkte werden je nach Standortbedingungen mit entsprechenden Vegetationsträgersystemen oder in Einzelpflanzung bepflanzt. Für die Gewässeroberfläche ergeben sich ebenfalls geeignete Produkte der Produktreihe Bestmann AquaGreen®. Im leicht belasteten Ufer- und Böschungsbereich werden Produkte der Produktreihe BesTex® und ggf. in Kombination mit der Produktreihe Composit® verwendet.

Polyethylen und Polypropylen

Polyethylen (PE) besteht aus Wasserstoff und Kohlenstoff, wurde 1898 vom Chemiker Hans von Pechmann entdeckt und 1933 erstmals produziert. Doch erst 1940 konnte ein wirtschaftlich rentables Verfahren entwickelt werden und seit 1957 wird Polyethylen in großen Mengen hergestellt. Der Kunststoff entsteht unter einem Druck von 1400 bar bei einer Temperatur von 170 ° als weiße, wachsartige Masse. Die NASA setzt ihn für Ihre Shuttles ein.

Polypropylen (PP) wurde 1951 erstmals von John Pau Hogan und Robert Banks synthetisch erzeugt. Es ist etwas steifer, härter und fester als Polyäthylen. Beide Kunststoffe nehmen kaum Wasser auf, sind also praktisch unsinkbar. Erst in jüngster Zeit wurde entdeckt, dass der Zusatz von nur einem Prozent Kobaltsalz zum Polyethylen einen viel schnelleren Zerfall der Folie bewirkt. Diese „ökologische“ Variante löst sich innerhalb weniger Monate zu kleinen Partikeln auf, die von Mikroorganismen wie normaler organischer Abfall abgebaut wird.