Projekt RETFORST (Waldfond)

Retention, Speicherung und Ableitung von Niederschlagswässern in und entlang von Forststraßen.

Ziel des vorliegenden Projektes ist es ein neues Wasserableitungssystem für Forststraßen zu entwickeln, welches auf dem Prinzip der Retention basiert. An Stelle möglichst dichter Deck-Tragschichten sollen Forststraßen mit versickerungsfähigen Aufbauten errichtet werden, die das Wasser durch Retention und Speicherung verzögert und schadfrei im anschließenden Wald versickern lassen. Es ist beabsichtigt den konzentrierten Abfluss aus Rohrdurchlässen soweit zu reduzieren, dass die Rohrdurchlässe künftig möglichst nicht mehr den Ausgangspunkt für die Entstehung von Muren und pluvialen Hochwässern im Siedlungsraum bilden.

Durch den reduzierten Abfluss von Niederschlagswässern an der Oberfläche der Forststraßen wird auch eine Verringerung der erodierenden Wirkung und damit auch eine Reduktion der Schäden infolge von Starkregen erwartet. Damit wird neben einer Verringerung der erforderlichen Instandhaltungsmaßnahmen auch eine Verlängerung der Lebensdauer der Forststraßen sichergestellt.

Das geplante Projekt ist von hoher Praxisrelevanz, da die Erhaltung des 150000 km langen Forststraßennetzes eine der zukünfigen Herausforderungen für eine klimafitte Waldbewirtschaftung darstellen. Speziell die Wasserableitung auf Forststraßen muss so erfolgen, dass keine Muren oder pluvialen Hochwässer im Siedlungsraum entstehen.

Projektziele

Die Zunahme von Starkregenereignissen wird in den meisten Klimaprognosen als hochwahrscheinlich angesehen. Vor allem die Intensitäten bei 30-jährlichen Niederschlagsereignissen werden Studien zufolge, in Österreich bis 2051 um 17 — 26 %, zunehmen (ZAMG, 2019) und können immense materielle und finanzielle Schäden verursachen. Die Kenntnis darüber bedingt auch neue technische Anforderungen an die Wegeplanung, etwa die dezentrale Versickerung von Oberflächenwasser zur Vermeidung von Wegeoberflächenerosion, die Vermeidung von lokalen pluvialen Überschwemmungen und der Bildung von Muren bei Starkregen.

Daneben führen die Zunahme der Winter- und Frühjahrsniederschläge, die Abnahme der Sommerniederschläge, die Erhöhung der Verdunstung durch Temperaturzunahme, die Verlängerung der Vegetationsperiode und die Abnahme der Grundwasserneubildung zunehmend zu einem „Mangel von Wasser“ in unseren Wäldern, die letztendlich ihre Vitalität beeinflussen und damit auch Auswirkungen auf ihre Fähigkeit zur Erfüllung der Schutzfunktionen haben.

Der Projektantrag zielt darauf ab, Grundlagen und einen „Baukasten von Maßnahmen“ zu erforschen, die einen Abgang von der „dichten“ Oberfläche der Forststraßen ermöglichen und damit einen wichtigen Beitrag

zur Bodenentsiegelung,

zur Retention und Speicherung von Niederschlagswässer in und entlang von Forststraßen und

zur Erhaltung bzw. Verbesserung klimafitter Schutzwälder leisten können.

Ziel des Projektes ist die Untersuchung

welchen Beitrag „rententive Forststraßen“ unter Beibehaltung der rechtlich u. technisch geforderten Funktionsfähigkeit und der Möglichkeit zur wirtschaftlichen Herstellung zur Reduktion des Oberflächenabflusses von Niederschlagswässern – insbesondere nach Starkregenereignissen – und damit zu einer Verbesserung der Wasserbilanz sowie zur Reduzierung von schädlichen Auswirkungen, wie z.B. Schäden an der Forststraße selbst, Bildung von Muren und pluvialen Hochwässern, leisten können.

welche Materialien für die Herstellung von retentiven Deck-Tragschichten und „speicherfähigen Bausteinen“ (speicherfähige Seitenstreifen, Ausleitung in Auffang‑, Flut‑, Sicker- und Geländemulden, Teiche, etc.) geeignet sind? Es kommen ausschließlich natürliche Baustoffe und solche Substrate zum Einsatz, von denen keine negativen Auswirkungen auf den Untergrund bzw. das Grundwasser zu erwarten sind. Es ist kein Einsatz von Recycling-Material vorgesehen.

wie derartige Straßenkörper aufzubauen sind und welche Anforderung die einzelnen Schichten hinsichtlich technischer Parameter wie Frosttaubeständigkeit, Tragfähigkeit, Sickerfähigkeit, Infiltrationsrate und Infiltrationsstabilität (Widerstand gegen Verschlämmung) erfüllen müssen.

welche Vorgaben bei der Trassierung der Forststraßen in Abhängigkeit der unterschiedlichen topographischen Randbedingungen (Geländeprofil mit Steil- und Flachstrecken) zu beachten sind? Beispielsweise werden vor allem Steilstrecken von Forststraßen oftmals mit gebundenen Deckschichten versehen, damit insbesondere Schäden infolge von mechanischer Erosion durch „Kulturfahrzeuge“ und Schwerlastfahrzeuge möglichst vermieden werden können.

mit welchen „retentiven“ und/oder „speicherfähigen Bausteinen“ in und entlang von Forststraßen die Retention und Speicherung von Niederschlagswässern vor Ort erhöht werden kann?

ist die Entwicklung und der Einbau von geeigneten Sensoren zum Aufbau eines entsprechenden Monitoring- und Datenmanagementsystems, mit dem sowohl die „retentive Wirkung der Forststraßen“ als auch die der vielen kleinen „wasserspeichernden und retentiven Bausteine“ — parallel und entlang der Forststraßen messbar und in weiterer Folge durch den Aufbau und Einsatz von geeigneten Simulationsmodellen (Niederschlags-Abfluss-Modelle und Oberflächenabflussmodelle) berechen- und damit auch planbar gemacht werden können. Aus derzeitiger Sicht ist beabsichtigt, die rententive Wirkung der „wasserspeichernden Bausteine“ mittels dafür zu entwickelnden „Scripts“ (modelltechnische Abbildung der darin ablaufenden Abflussprozesse) quantifizierbar zu machen.

Projektpartner

Arbeitspaket 1 (AP1): Stand des Wissens

Lead: Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Forsttechnik (BOKU FT)
Mitarbeit: Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Ingenieurbiologie und Landschaftsbau (BOKU IBLB)

Arbeitspaket 2 (AP2): Sensortechnik, Monitoring, Datenmanagement und Modellierung

Lead: TU-Graz, Institut für Siedlungswasserwirtschaft
Mitarbeit: Donau Universität Krems, Zentrum für Wasser- und Umwelt Sensorik (DUK), Hydro Ingenieure Umwelttechnik GmbH (HYDRO), BOKU FT

Arbeitspaket 3 (AP3): Laboruntersuchungen, Substratentwicklung, Aufbauten

Lead: BOKU IBLB
Mitarbeit: Hengl Mineral GmbH (HENGL), Gartengestaltung Ing. Anton Rath (RATH), BOKU FT

Arbeitspaket 4a (AP4a): Versuche in einem Testfeld

im Ausmaß von 200m x 50 m, hergestellt in einem natürlichen Lehmkörper in einem Tagebaubetrieb der Hengl Mineral GmbH
Lead: HENGL
Mitarbeit: BOKU FT, BOKU IBLB, TUG SWW, DUK, RATH, HYDRO

Stand des Wissens im Forschungsbereich

Die Erschließung des Waldes durch Forststraßen legt den Grundstein für jede ökonomisch und ökologisch erfolgreiche Waldbewirtschaftung. Sie ist eine wesentliche Voraussetzung für eine nachhaltige, naturnahe und klimafitte Waldbewirtschaftung und ermöglicht, dass Holz auf möglichst kurzem Weg, boden- und baumschonend, aus dem Wald abtransportiert werden kann. Die Grunderschließung erfolgt meist mit LKW-befahren Forststraßen, auf denen je nach Forststraßenkategorie eine ganzjährige Befahrung erwünscht ist.

Forststraßen werden zurzeit mit möglichst wasserundurchlässigen Deckschichten oder kombinierten Deck-Tragschichten gebaut, wobei der Wassereintritt in den Straßenkörper bestmöglich verhindert werden soll.

Der Querschnitt der Forststraße wird häufig bombiert. Die beidseitige Querneigung (=seitliche Abflachung) leitet Regen- und Schmelzwasser auf kürzestem Weg in den Seitengraben oder über den Wegrand ab (Waas, 2018). Der Wasserabfluss der Fahr‐ bahn und des umliegenden Geländes wird in Seitengräben geleitet. Die Gräben können je nach der zu erwartenden Wassermenge in unterschiedlichen Ausformungen und Dimensionen hergestellt werden. Das regelmäßige Ableiten des Grabenwassers erfolgt mittels quer zur Forststraße verlaufenden Durchlassrohren. Hierzu werden Stahl- oder Kunststoffrohre mit einem Mindestdurchmesser von 300 bis 400 mm verwendet. Bei der Forststraßenentwässerung muss ein möglichst breitflächiges Verteilen und Versickern des Niederschlagwassers über den ungestörten und damit puffernd wirkenden Waldboden angestrebt werden (Waas, 2018).

Aus der Beobachtung der letzten Jahre und Jahrzehnte musste allerdings erkannt werden, dass vor allem bei Starkregen die konzentrierte Ausleitung der Oberflächenwässer aus Rohrdurchlässen oftmals den Ausgangspunkt für die Bildung von Muren und/oder in weiterer Folge die Ursache für pluviale Hochwässer im Siedlungsraum darstellen, wobei diese Schäden durch die Zunahme der Häufigkeit und Intensität der Starkregen als Folge des Klimawandels zunehmen.

Durch die Entwicklung und den Einbau von geeigneten Sensoren und den Aufbau eines entsprechenden Monitoringsystems wird versucht sowohl die „retentive Wirkung der Forststraßen“ als auch die der vielen kleinen „wasserspeichernden Bausteine“ parallel und entlang der Forststraßen (speicherfähige Seitenstreifen, , Ausleitungen durch Rohrdurchlässe in Flut- und Sickermulden, etc.) messbar und in weiterer Folge durch den Aufbau und Einsatz von geeigneten Simulationsmodellen (Niederschlags-Abfluss-Modelle und Oberflächenabflussmodelle) berechenbar und damit auch planbar zu machen. Aus derzeitiger Sicht ist beabsichtigt, die rententive Wirkung der „wasserspeichernden Bausteine“ mittels dafür zu entwickelnden „Scripts“ (modelltechnische Abbildung der darin ablaufenden Abflussprozesse) quantifizierbar zu machen.

Durch eine wasserdurchlässige Deckschicht und einen verlangsamten und reduzierten Abfluss von Niederschlagswässern an der Oberfläche der Forststraßen wird auch eine Verringerung der erodierenden Wirkung und damit auch eine Reduktion der Schäden infolge von Starkregen erwartet. Damit wird neben einer Verringerung der erforderlichen Instandhaltungsmaßnahmen auch eine Verlängerung der Lebensdauer der Forststraßen erwartet.

Österreich verfügt über ca. 150.000 km Forststraßen. Durch einen Abgang von der „dichten“ Oberfläche der Forststraßen könnte ein wertvoller Beitrag zur Bodenentsiegelung und damit auch eine wichtige Maßnahme im Kampf gegen den Klimawandel zur Erhaltung und Verbesserung klimafitter Schutzwälder geschaffen werden.