4. PRIORITÄRE FORSCHUNGSAUFGABEN

Die derzeit prioritären Forschungsaufgaben sind in den drei gesonderten Teilkonzepten

· "Ökologie der Fließgewässer",
· "Ökologie der Auen" und
· "Landnutzung im Einzugsgebiet" detailliert beschrieben. Eine zusammenfassende Darstellung folgt in den Abschnitten 4.1 bis 4.3 dieses Rahmenkonzepts; eine tabellarische Übersicht der Themenbereiche und ihrer Schnittstellen ist im Anhang dargestellt.
Diese Forschungskonzeption soll in den nächsten Jahren in Abhängigkeit von Ergebnissen weiterer Fachgruppentagungen oder vom Vorliegen neuer Erkenntnisse fortgeschrieben werden.
Langfristig ist auch an eine internationale Zusammenarbeit mit der Tschechischen Republik gedacht, die in Abstimmung mit den Arbeitsgruppen der IKSE organisiert werden muß.

4.1 Ökologie der Fließgewässer
Der Forschungsbedarf zur "Ökologie der Fließgewässer" umfaßt die Themenbereiche "Ökomorphologie", "Stoffdynamik" sowie "Arten und Lebensgemeinschaften". Vor dem Hintergrund der beabsichtigten Eingriffe in den Elbestrom und wichtige Zuflüsse sind Untersuchungen zur "Ökomorphologie" besonders dringlich. Räumliche Priorität wird auf den Hauptstrom und wichtige Zuflüsse im Bereich zwischen der tschechischen Grenze und dem Wehr Geesthacht gelegt; über die Tide-Elbe liegt, insbesondere durch Untersuchungen im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 327 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), bereits viel Wissen vor.

· Ökomorphologie

• Problemorientierte Auswertung vorhandener Untersuchungsergebnisse

- Insbesondere sind vorhandene Daten sowie Modelle oder Modellansätze im Hinblick auf die (Weiter-) Entwicklung groß- und kleinräumiger Modelle zu dokumentieren und zu bewerten. Relevante Defizite in der Datenbasis sind darzustellen und Strategien für notwendige Datenbeschaffungen vorzulegen. Dies betrifft insbesondere Daten zur Geometrie, Hydrologie und Morphologie in unterschiedlicher räumlicher und zeitlicher Auflösung.
 
• Entwicklung von Leitbildern

- Zur Entwicklung von Leitbildern für die Flußmorphologie der Elbe sind abiotische Parameter und biologische Indikatoren zu definieren. Vorhandene Bewertungsverfahren sind so weiterzuentwickeln, daß morphologische Strukturen und ökologische Funktionen sowie deren natürliche und anthropogene Veränderungen beurteilt werden können.
 
• Entwicklung von Instrumentarien zur Analyse der Morphodynamik und zur Prognose der Eingriffsfolgen

- Groß- und kleinräumige Geländemodelle für die Elbe bzw. Elbabschnitte sowie die Mündungsbereiche wichtiger Zuflüsse einschließlich der Vorländer und der Deiche sind mit Hilfe vorhandener und noch zu erhebender Quer- und Längsprofildatensätze (weiter) zu entwickeln.
- Auf der Basis dieser Geländemodelle sind auf die Erfordernisse späterer Nutzer abgestimmte Prognose-Instrumente (Strömungs-, Grundwasser- und morphologische Modelle) zu erstellen. Mit diesen Modellen sollen insbesondere folgende Faktoren für unterschiedliche zeitliche und räumliche Auflösungen erfaßt werden:

- Abflußdynamik,
- Schweb- und Feststofftransport,
- Flußbettstabilität (Tiefenerosion),
- Transportkörperbildung und
- Wechselwirkungen zwischen Wasserspiegellagen und Grundwasserständen.

- Zukünftige - natürlich oder anthropogen bedingte - Veränderungen der

- abiotischen Faktoren (z.B. Abflußdynamik, morphologische Strukturen) sowie der
- biologischen Funktionen und Prozesse (z.B. Entwicklung von Flora und Fauna) in Strom und Aue und deren Wechselwirkungen

sind zu beschreiben. Dies gilt insbesondere für die Abschätzung der Folgewirkungen vorhandener bzw. beabsichtigter flußbaulicher und wasserwirtschaftlicher Eingriffe, wie z.B. Maßnahmen zur:

- Buhnensanierung,
- Sohlenstabilisierung,
-Deichsanierung/ -rückverlegung/ -schlitzung und
- Ufergestaltung.

- Es sind Maßnahmenvorschläge zu erarbeiten, die sowohl ökologischen als auch ökonomischen Ansprüchen gerecht werden. In diesem Zusammenhang ist zu prüfen, ob durch eine stärkere Orientierung an natürlichen oder naturähnlichen Strukturen ein höherer Stabilitätsgrad der Strömung erreicht werden kann, als durch die Anwendung der klassischen wasserbaulichen Verfahren.

· Stoffdynamik

Die detaillierte Ermittlung prioritärer Forschungsaufgaben zu diesem Themenbereich steht noch aus. Derzeit ist folgender Schwerpunkt absehbar:

- Erfassung und Bewertung der Stoffretention der Überflutungsbereiche sowie der biotischen Stoffumsetzungsprozesse zwischen fließender Welle, Grenzflächen Wasser/ Substrat und Lückensystem unter der Stromsohle (Interstitial) in Abhängigkeit von den Gewässerstrukturen und toxischen Potentialen, z.B. im Hinblick auf das Selbstreinigungsvermögen der Fließgewässer. · Arten und Lebensgemeinschaften

Die bisherigen Bioindikationssysteme sind nur bedingt für die Beurteilung des heutigen Fließgewässerzustandes geeignet, weil sie in der Regel nur einen Faktor der ökologischen Ansprüche einer Art berücksichtigen (z.B. Saprobien-Index: Sauerstoff). Das Vorkommen einer Art wird jedoch von der zeitlichen und räumlichen Variabilität aller Lebensraumfaktoren bestimmt. Deshalb sind komplexere Bewertungssysteme für die ganzheitliche Betrachtung der ökologischen Situation von Fließgewässern erforderlich, die auch die morphologische Struktur einbeziehen.

Forschungsaufgaben sind:

• Problemorientierte Auswertung vorhandener Untersuchungsergebnisse

- Qualifizierte Abschätzung der Auswirkungen wasserbaulicher Maßnahmen auf die elbe-typischen Arten und die einzelnen Entwicklungsstadien des Lebenszyklus ausgewählter, relevanter Indikatoren.
 
• Entwicklung ökologischer Leitbilder

- Darstellung der Zusammenhänge zwischen dem vollständigen Lebenszyklus der vorhandenen und potentiell elbetypischen Arten und den natürlichen physikalischen, chemischen und insbesondere morphologisch/ strukturellen Rahmenbedingungen.
 
• Biozönotische Untersuchungen

- Forschungsbedarf wurde vorerst für die Fischfauna abgeleitet, weil auf umfangreiche Vorarbeiten zurückgegriffen werden kann (z.B. der ARGE ELBE) und Fische als Indikatoren für den - sowohl groß- als auch kleinräumigen - Zustand von Fließgewässer und Umland angesehen werden können.
- Eine weitere Spezifizierung der erforderlichen biozönotischen Untersuchungen erfolgt im Rahmen der Fortschreibung der Forschungskonzeption.

Fischfauna
- Bedeutung der Strukturen des Gewässerbettes und des Interstitials für die Brut und die Jungfische in großen Strömen.
- Erfassung, Charakterisierung und Bewertung der Laich- und Aufwuchsareale von Fischen (Art, Ausdehnung, konkrete Lage, Anzahl im Raum, Nutzungsfrequenz).- Erfassung der wichtigsten Laich- und Nahrungswanderungen (longitudinal, lateral, vertikal) zwischen unterschiedlichen Teillebensräumen des Stroms, seiner Nebengewässer und Auen. Ausweisung von Maßnahmen zur Sicherung der Ausbreitungswege.
- Qualitative und quantitative Prognose der Populationsdynamik für verschiedene Szenarien des künftigen Zustandes der Elbe.
- Erarbeitung von leitbildkonformen Maßnahmenvorschlägen für ausgewählte Gewässerabschnitte, z.B. Konzepte für eine nachhaltige Nutzung der Fischfauna.

4.2 Ökologie der Auen
Die prioritären Forschungsaufgaben zur "Ökologie der Auen" sind aufgrund der starken Beeinflussung der Auen durch die Abfluß- und Morphodynamik des Fließgewässers eng mit den dort dargestellten Forschungsthemen verknüpft. Bevorzugte Untersuchungsräume sind daher Auengebiete an Elbeabschnitten mit gravierender Tiefenerosion oder mit Gefährdungen durch beabsichtigte wasserbauliche Eingriffe. Präferenz besteht ferner für Auengebiete an der Elbe und wichtigen Zuflüssen, die in Länderprogramme, z.B. zu beabsichtigten Deichrückverlegungen, Schutzgebietsentwicklungen oder Renaturierungs- und Extensivierungsmaßnahmen, eingebunden sind.

• Problemorientierte Auswertung vorhandener Untersuchungsergebnisse

- Angesichts der überaus zahlreichen wissenschaftlichen Publikationen über die Funktionsweise von Auen, ihrer Arten und Biozönosen muß der Feldforschung eine qualifizierte Ist-Zustandserfassung vorausgehen. Darüberhinaus soll die Auswertung der vorhandenen Daten auf die folgenden Themen konzentriert werden: - Anlage einer elbespezifischen, nach Naturräumen gegliederten Zielarten-Datei.
- Parametrisierung der Lebensraumansprüche von Populationen, Arten und Biozönosen.
- Auswahl aussagefähiger Indikatorarten und Biozönosen.
- Schließung von Kenntnislücken für die ausgewählten Bioindikatoren.
 
• Strom-Auen-Beziehung

- Priorität hat die Analyse der Wechselwirkungen zwischen Strom und Auen, insbesondere: - Natürliche und anthropogen veränderte Abflußdynamik des Stroms und ihre Auswirkungen auf den Wasserhaushalt der Auen, insbesondere die Dynamik des Grundwasserflurabstands.
- Bedeutung und Einfluß der Abfluß- und Grundwasserdynamik auf den ökologischen Zustand von Nebenelben, Altgewässern, Flutrinnen und Kleingewässern.
- Bedeutung des Mikro-Reliefs für die Lebensgemeinschaften der Auen, insbesondere hinsichtlich Veränderungen der Grundwasser-, Strömungs- und Morphodynamik der Auen.
 
• Entwicklung ökologischer Leitbilder

- Für die Leitbildentwicklung sind folgende Grundlagen zu erarbeiten: - Rekonstruktion der Entwicklung von Fluß und Auen seit der letzten Eiszeit (Urlandschaft) für ausgesuchte Zeiträume der menschlichen Kulturgeschichte mit besonderer Berücksichtigung natürlicher Offenlandschaften und Sukzessionsabläufen im stromnahen Bereich zur Festlegung von Referenzzuständen.              - Bestimmung der Tragekapazität der heutigen Auenlandschaft. - Darstellung der unter den heutigen Gegebenheiten maximal erreichbaren Annäherung an den naturnahen Zustand (Qualitätsziele für konkrete repräsentative Räume bzw. Abschnitte im Längsverlauf des Stromes).
 
• Bewertung und Bioindikation

- (Weiter-) Entwicklung, Erprobung und Standardisierung praxisgerechter Bewertungsverfahren für die ökomorphologischen Strukturen des Uferrandes und der Auen. - Schließen von Kenntnislücken hinsichtlich Autökologie und Populationsökologie der für die Leitbilder ausgewählten Indikatorarten. - (Weiter-) Entwicklung und Standardisierung praxisgerechter Bioindikationsverfahren als Kontroll- und Prognose-Instrument zur Ermittlung der Folgewirkung von Änderungen der Abfluß- und Grundwasserdynamik, insbesondere durch Nutzungen und Eingriffe in Strom und Aue wie z.B.: - Strombaumaßnahmen (Tiefenerosion),
- Kiesabbau,
-Hochwasserretention und Auenrenaturierung (Deichrückbau),
- Landbewirtschaftung im Überflutungsbereich.
 
• Managementkonzepte

Für eine leitbildkonforme und an der Tragekapazität der ökologischen Systeme ausgerichtete wirtschaftliche Entwicklung der Auen sind Managementkonzepte zu erarbeiten und modellhaft umzusetzen. Die Konzepte sind hinsichtlich ihrer ökologischen und sozio-ökonomischen Effekte zu bewerten.

Kiesabbau
- Analyse und Bewertung der Folgen des Kiesabbaus in den Auen, z.B. auf die Grundwasserverhältnisse, das Wasserdargebot und die vorhandenen Biotope. In diesem Zusammenhang sind auch Handlungskonzepte für den Umgang mit verlassenen Kiesgruben zu entwickeln.

Hochwasserretention und Auenrenaturierung
- Begleitforschung zu Pilotvorhaben für die Umsetzung ökologischer Hochwasserschutzkonzepte bezüglich der * Wiederherstellung der natürlichen Retentionsräume durch Deichrückverlegung oder -schlitzung,
* Ermittlung der hydrologischen, hydraulischen und ökologischen Auswirkungen des Deichrückbaus. - Konzepte für den Umgang mit wiedergewonnenen Überflutungsräumen hinsichtlich * landwirtschaftlicher Nutzung,
* Regeneration von Auenwäldern.

Landbewirtschaftung im Überflutungsbereich
- Umsetzung und Bewertung von Konzepten für eine standortgerechte, d.h. den natürlichen Funktionen der Auen gerecht werdende Landnutzung im Überflutungsbereich, insbesondere zur Reduzierung diffuser Stoffeinträge in die Gewässer und zur Behebung struktureller Defizite, wie z.B.

* Flächenzerschneidung
* Entwässerung
* Flußbegradigung
* Deichbau

4.3 Landnutzung im Einzugsgebiet
Vorrangige Aufgabenstellung im Themenbereich "Landnutzung im Einzugsgebiet" ist es, vorhandenes Detailwissen für die Erarbeitung umweltverträglicher Nutzungskonzepte und deren Umsetzung aufzuarbeiten. In behördlichen Aktivitäten/ Programmen eingebundene Umsetzungen sind hinsichtlich der ökologischen und sozio-ökonomischen Folgewirkungen wissenschaftlich zu begleiten. In diesem Zusammenhang sind insbesondere Fragen der Auswirkungen auf den Landschaftswasser- und -stoffhaushalt sowie der ökonomischen Akzeptanz und ggf. der Schaffung von Einkommensalternativen zu klären. Priorität wird Modellprojekten in repräsentativen, mesoskaligen Untersuchungsgebieten eingeräumt. Folgende Aufgaben sind zu bearbeiten:

Problemorientierte Auswertung vorhandener Untersuchungsergebnisse

- Das vorhandene Wissen ist zur Entwicklung dauerhaft-umweltgerechter Landnutzungskonzepte aufzuarbeiten.

- Insbesondere ist die vorhandene Datenlage für die Beurteilung des hydrologischen, stofflichen, strukturellen und biozönotischen sowie sozialen und wirtschaftlichen Ist-Zustandes auszuwerten. Relevante Defizite in der Datenbasis und Strategien zur notwendigen Datenerhebung sind darzustellen.
- Die Eignung relevanter Simulationsmodelle (zur Prognose der ökologischen Auswirkungen von Nutzungsänderungen, z.B. auf den Wasser- und Stoffhaushalt, sowie zu sozio-ökonomischen Folgen) ist zu prüfen.
- Abgeschlossene, laufende oder beabsichtigte behördliche Programme zur Landnutzung, auch anderer Regionen, sind hinsichtlich Zielstellungen, Effizienz und Möglichkeiten der Erfolgskontrolle vergleichend auszuwerten.
 

Naturräumliche und sozio-ökonomische Klassifizierung des Einzugsgebietes

- Als Voraussetzung für die Übertragung von Erkenntnissen aus Modellprojekten ist das Einzugsgebiet nach naturräumlichen und sozio-ökonomischen Kriterien auf der Basis vorhandener Ansätze zu klassifizieren.
 

Entwicklung ökologischer Leitbilder

- Definition von Parametern und Indikatoren zur Festlegung naturraumspezifischer ökologischer Leitbilder (Qualitätsziele für repräsentative Räume) für die Landnutzung als Grundlage für die Ableitung von Entwicklungszielen.
- Bestimmung der Tragekapazität der heutigen Kulturlandschaft.

Modellprojekte zur Ermittlung der ökologischen und sozio-ökonomischen Auswirkungen von Landnutzungsänderungen

- Anhand von Modellprojekten sollen in repräsentativen Landschaften laufende oder beabsichtigte Programme zuständiger Behörden in den elbeanrainenden Ländern aufgegriffen werden, um Erkenntnisse über ökologische und sozio-ökonomische Auswirkungen von Landnutzungsänderungen zu gewinnen. Ziel ist es, sozio-ökonomisch akzeptierte, leitbildkonforme Landnutzungskonzepte weiter zu entwickeln und im Hinblick auf eine flächendeckende Umsetzung standortspezifisch zu optimieren.
- Folgende Untersuchungen zu den Auswirkungen von Landnutzungsänderungen werden benötigt: - Veränderungen im Landschaftswasserhaushalt (z.B. Auswirkungen der Wiederherstellung natürlicher Retentionsstrukturen auf den Gebietsabfluß und den Wasserrückhalt im Hinblick auf Grundwasserneubildung, Stoffretention und Hochwasserschutz) sowie im Landschaftsstoffhaushalt (z.B. diffuse Stoffbelastung des Grundwassers und der Oberflächengewässer im Einzugsgebiet der Elbe).
- Veränderungen in der naturraumtypischen Artenvielfalt.
- Überregionale Auswirkungen der Umstrukturierungen im Braunkohlentagebau auf das Wasserdargebot und die -beschaffenheit.
- Konsequenzen geänderter Landbewirtschaftung für die Einkommenssituation der Betroffenen. Entwicklung von Konzepten für Einkommensalternativen z.B. in Form von Ausgleichszahlungen für "ökologische Gratisleistungen".
- Ganzheitliche Kosten-Nutzen-Analysen unterschiedlicher Bewirtschaftungsvarianten; betriebs- und volkswirtschaftliche Auswirkungen (Öko-Audit).
- Anwendung bzw. (Weiter-) Entwicklung von Simulationsmodellen zur Prognose und Bewertung der regionalen Landnutzungskonzepte im Hinblick auf die ökologische und sozio-ökonomischen Effizienz sowie von Instrumenten zur Erfolgskontrolle umweltpolitischer Maßnahmen.