시화호 수면 및 수변지역의 친환경적 이용 방안에 관한 국제 심포지움
International Symposium on Environmental Management of Siwha Lakeside
□ 일시 : 2003. 3. 27(목) 14:00∼17:30
□ 장소 : 국토연구원 강당
□ 주최 : 국토연구원 / 한국수자원공사
국토연구원 / 한국수자원공사
시화호 수면 및 수변지역의 친환경적 이용 방안에 관한 국제 심포지움
2003년 3월 27일(목) 14:00∼17:30 국토연구원 강당
심포지움 일정
13:00∼14:00 등 록
14:00∼14:15 개회식
∙개회사 : 이규방 (국토연구원 원장)
∙시화지구 추진상황 설명 : 반홍섭 (한국수자원공사 안덕건설 부장)
제1분과 (14:15∼14:55) : 외국의 수면 및 수변 이용‧보전 사례
사회 : 안동만 (서울대학교 교수)
발표 :∙Berthold Siessegger (독일, Institute for Lake-Research 부장) 환경친화적-생태학적 방법을 이용한 보덴호반 복원에 관한 연구
The concept of lakeshore-restoration at Lake Boden useing an environmentally -friendly and ecological method
∙Hada koji (일본, 요코하마 상과대 교수)
일본의 워터프런트 개발의 현상과 관광레크레이션 이용 Waterfront Development and its recreational use in Japan
14:55∼15:10 휴 식
제2분과 (15:10∼16:10) : 시화호 수면 및 수변지역 활용방안
사회 : 안동만 (서울대학교 교수)
발표 :∙구본학 (한국, 혜천대 교수)
시화호의 현명한 이용을 위한 환경생태학적 접근 Ecological approach for the wise use of Siwha Lake
∙Atsushi Shiohara (일본, 도시켄(주) 사장) 시화호 및 수변의 친환경적인 공간개발 구상
Environmental-friendly spatial development for Siwha Lake and its vicinity
∙민범식 (한국, 국토연구원 연구위원) 시화호 주변 경관관리방향
Landscape management Guide for Siwha Lakeshore
16:10∼16:30 휴식
16:30∼17:30 종합토론
박정오 (경기도 지역정책과장) 지동근 (화성시 도시건설국장)
김성귀 (한국해양수산개발원 연구위원) 문정희 (한양대 교수, 안산 YMCA 이사장) 김현삼 (시화호 시민연대회의)
윤영배 (화성시 환경운동연합)
17:30 폐회
목 차
제 1 분과
환경친화적-생태학적 방법을 이용한 보덴호반 복원에 관한 연구 / 1 The concept of lakeshore-restoration at Lake Boden useing an environmentally-friendly and ecological method
일본의 워터프런트 개발의 현상과 관광레크레이션 이용 / 23 Waterfront Development and its recreational use in Japan
제 2 분과
시화호의 현명한 이용을 위한 환경생태학적 접근 / 39 Ecological approach for the wise use of Siwha Lake
시화호 및 수변의 친환경적인 공간개발 구상 / 81
Environmental-friendly spatial development for Siwha Lake and its vicinity
시화호 주변 경관관리방향 / 97
Landscape management Guide for Siwha Lakeshore
환경친화적-생태학적 방법을 이용한 보덴호반 복원에 관한 연구
The concept of lakeshore-restoration at Lake Boden useing an environmentally-friendly and
ecological method
Dr. Berthold Siessegger
Institute for Lake-Research 부장
- 3 -
요 약
2차 세계대전 이후 보덴호 주위의 급속한 경제발전과 주거지 개발이 시작됨에 따 라, 호수와 집수지 부근 강의 수질이 악화되었다. 대규모 정치적, 재정적인 노력으 로 인하여 호수의 상층부(pelagial)와 심연부(profundal)가 특히 성공적으로 개선되 었지만 호반에 거주지 개발의 증가라는 문제가 대두되었다. 이러한 인간의 영향으 로 자연 생태조건의 감소를 유발하는 매립지가 생겨나고 자연 호반의 오염과 황폐 화를 초래하였다. 생태학적 결과와 피해는 침식과 유기물질의 축적과 같은 변화된 유체역학적 과정에 의해 발생되었다.
1970년대말 이후 연안과 호반의 상태를 개선하기 위한 1단계 복원조치가 취해졌다.
훼손된 또는 인공 개발된 호반의 복원은 “보덴호반 계획”의 일부였다. 1984년 이래 로 이러한 법적 조치로 호반의 보존 및 관리와 관련된 모든 일을 해결하고 있다.
이러한 일은 한편으로는 호반의 보존대책 및 계획이며, 다른 한편으로는 연안지역 내 호반복원이다. 호반복원은 쓰레기제거, 토양보충, 토양침식, 갈대밭 조성 및 기 타 특별한 보존대책을 포함하는 개념이다.
기본조사에 수리학적 조사를 포함하여 경험적으로 얻어진 자료를 적용하였으며, 가 장 중요한 연구의 토대는 자연 호반의 측면부 약 200여 부분에 대한 조사 및 측량 이었다. 그 결과 훼손된 부위의 변화된 상태는 호반의 침식 및 허물어짐으로 나타 났으며, 반면 훼손이 안된 부분의 측면부에서는 호반 기질(substate)의 개별석재 (grain)의 크기와 자연 경사각이 현저한 상관관계가 있음을 보여주었다.
본 연구의 목적 및 대상은 한편으로는 훼손되기 쉬운 호반 생태계의 환경 친화적 인 보존 및 이용전략이며, 다른 한편으로는 침식되거나 훼손된 호반을 복원할 수 있는 방법의 개선 및 개발이다.
보덴호반을 모델로써 이용하는 몇 가지 개념이 제시되었으며, 이는 경험적으로 얻 은 개별석재의 크기와 경사각간의 상관관계를 토대로 한다.
1980년대 초기에 바바리아호 수변의 훼손된 갈대밭을 복원하려했다. 갈대밭 (Phragmites communis)이 많이 기울어진 것은 심각한 침식작용, 진흙퇴적 및 수차례 만수위에 따른 결과였다. 지대에 적합한 기질(基質)과 조림(plantation)을 통하여 새 로운 갈대밭을 조성하고, 이러한 갈대밭은 다시 “자연적” 구조를 이루어 1960년대 수준의 규모로 그 군락지를 넓혀갔다. 호수의 범람이나 폭풍우에도 이 바바리아호 반 갈대의 순조로운 자생은 멈추지 않았다.
- 4 -
인공호반이 많았기 때문에 사람들은 물가에 접근할 수 없었다. 많은 호반개발 사업 들이 생태학적 외견을 약화시키지 않으면서 호수의 접근성을 향상시키고 사람들에 게 호반을 개방하기 위해서 진행되었다. 특히, 이것은 대규모 방조제를 대신하는 호수변과 산책길에 관한 것이었다.
마지막으로, 현재 추진중인 프로젝트는 보덴호의 오스트리아쪽 호반에 있는 멸종위 기에 처한 골풀식물(Scirpus lacustris)의 보존 및 복원에 관심을 갖는다. 골풀식물은 갈대의 개체수가 감소하기 전부터 이미 개체수가 감소하기 시작했지만, 그 잔존식 물은 보덴호반에 광범위하게 분포한 가장 큰 군락지를 형성한다. 복원모델을 적용 함으로써 골풀식물의 보존 및 복원이 시도될 것이다. 본 프로젝트의 첫단계가 끝나 는 6개월 후면 일부 성공적인 결과를 볼 수 있을 것이다.
총 26㎞에 걸쳐 인공 건설되거나 훼손된 보덴호반은 위에서 설명한 호반복원모델 을 이용하여 지난 20년에 걸쳐 복구되었다.
1. 서 문
보덴호반은 인간이용의 결과로 많은 급격한 변화를 겪어왔다. 변화된 호반구조가 물결과 유수의 특성과 충격에 미친 영향으로 심각한 문제가 야기되었으며, 이에 대 한 대비책이 개발․수행되었다. Revue d'ecologie (La Terre et la vie)에 게재된 된 본 인의 논문(Siessegger, 2002)에서 이 문제를 다루었다. 다음 장은 이 논문발표와 또 다른 논문인 (Siessegger & Teiber, 2001)의 내용을 토대로 하였다.
2. 인간이 호반에 끼친 영향
인위개변적(anthropogenic) 영향은 전세계 호수의 특징을 변화시켰다. 그 변화는 호수의 수질뿐만 아니라 호반의 상태도 포함된다. 자연상태에 대한 광범위한 간섭 이 보덴호에서도 나타났다. 19세기 및 20세기에 많은 주택들이 호수 부근에 건설 되었으며 소규모 개인용 선착장이 갖춰진 경우도 종종 있었다. 호반을 메우고, 물 결의 충격을 막는 석축을 주택 옆에서 호수쪽으로 쌓아 사유지를 확장하였고, 심지 어 호수가 최저수위인 계절에도 호수가에 사는 사람들은 물가에서 가까웠다. 이러 한 호반개발의 결과, 자연호반의 식물들이 점점 더 많이 소멸되었고, 호반의 생태 학적 상태가 악화되었다. 그림 1은 원래의 호반제방의 변형과 이에 따른 매립 및 제방 보강공사에 의한 자연식물의 소멸을 보여준다.
- 5 -
더구나 경제적 그리고 레져목적의 부지매립은 호반에 광범위한 영향을 끼쳤다. 많 은 도시와 마을은 항구, 야영지 및 많은 여가시설뿐만 아니라, 공설운동장, 공원, 해수욕장 및 산책길을 마구잡이로 건설하였다. 특히, 약 56,000여척의 보트를 수용 하는 약 300개의 선착장을 건설함으로써 호수와 호반에 심각한 영향을 초래하였다.
지난 2년간의 상세한 조사를 통하여 호반지역내의 구조적 간섭현상을 보고하고 인 간이 호수에 끼친 영향을 평가했다. 보덴호반의 60% 이상이 이미 개발되었다 (그 림2). 매립으로 인하여 200헥타 이상의 기존 자연호반의 식물군락지가 없어진 것으 로 추정된다. 바바리안호반 중 인공 개발된 부분은 76%정도에 달하고, 그중 50%는 약28헥타의 자연호반의 소멸을 초래한 빌라건설에 기인한 것이다.
대규모 시공이 상대적으로 작은 공간을 차지하면서 물결의 충격을 막아내는 최선 의 방법인 것처럼 보였기에, 불과 몇 년전까지만 해도 제방보강과 호반보호를 위한 물관리는 블럭시공이 가장 보편적인 방법이었다. 그러나, 우리가 조사한 바로는 방 조제와 블럭시공과 같은 단단한 장애물간의 관계는 기본적으로 침식, 침니퇴적 (siltation) 및 생태계에 대한 관련된 영향과 같은 불리한 결과를 나타냈다.
- 6 -
2.1 인간의 간섭 증가에 따른 생물적 및 비생물적 결과
호반의 인위적 구조변화에 대한 점증하는 영향으로 인하여 생물 및 비생물에게 많 은 부정적 결과를 초래했다 (그림 3). 수많은 호반식물들이 사라져갔다. 사육장, 철새의 겨울철 보금자리 및 물고기의 산란장의 파괴와 같이 자연적 생존조건의 감 소를 의미한다.
특히 한편으로는 물의 이동, 침전․침식조건과 다른 한편으로는 민감한 식물의 성 장사이의 미묘한 균형이 방해를 받는다. 대규모 제방 강화공사로 수리학적 상태에 변화가 생긴다. 그래서 물결과 유수의 작용이 침식과 침니(沈泥)퇴적을 일으키는 주요 동력원이 된다. 물결은 더 이상 속도가 줄어들지 않다가 운동에너지를 잃고 가파른 해안을 만든다 (그림 4). 대신 물결은 벽면에 반사되어 평상시 속도 보다 3-4배 빠른 속도의 분출수(jet currents)를 생성한다. 결과적으로 연안지대와 수변은 심하게 침식되고, 심지어 자연 호안구조를 가진 인근 지대도 침식 또는 침니퇴적의 영향을 받는다 (그림 5).
연안지대의 유수는 항만 또는 방사제(groyne)와 같은 장애물들에 의해 상당한 영 향을 받을 수 있다 (Siessegger, 1970; Plate & Piroth, 1994). 변화한 유수와 물결의 역학은 침전물을 솟구치게해 바닥을 마찰시켜 침전물을 멀리 운반시키어 어딘가에 침니퇴적이 일어나게 하는 호안 근처 지역의 효율적인 교통 시스템을 형성할 수 있다. 오늘날까지 해안선에 있는 인공 구조물의 변화에 의해 야기된 침식과 침니퇴 적은 보덴호에서 대규모로 나타난다. 여러연구 (Kothe, 1982, MELU, 1981)들은 아 스팔트, 콘크리트, 철강과 같은 기질(基質)은 자갈과 조약돌과 같은 천연 석재와는 대조적으로 저생생물의 이식(colonization)에 극도로 불리하다는 것을 보여주었다.
자갈과 조약돌은 최고 50배나 더넓은 표면을 가진 훨씬 더 많은 생활 공간을 제공 한다. 게다가 저생생물은 석재 호반 기질속의 내부공간에 있을 때 유수와 포식자들 로부터 보호받기가 더 좋다.
- 7 -
- 8 -
3. 호반복원의 생태학적 방법
제대로된 기능을 하는 생태학적 시스템으로써의 호수를 보호하기 위해서 보덴호반 에서 일어난 이전의 치명적 개발의 피해를 가능한 제거해야만 한다. 호반복원의 조 치는 자연상태에 가까운 구조물과 생활환경을 재건해야 하며 특정 서식지의 요구 사항에 관해 특히, 모든 관련된 생태학적 측면들을 고려해야한다. 부정적인 영향에 대한 예방조치가 필요로 하는 곳에 이루어 져야 한다. 이번 장은 이러한 호반복원 의 생태학적 개념의 필요조건들과 가능한 이행방안에 대해서 기술하며 이것은 20 년 이상동안 보덴호에서 성공적으로 적용되어왔다.
3.1 훼손되거나 인공 개발된 호반의 복원을 위한 생태학적 방법에 대한 필요사항
훼손되거나 인공 개발된 호반을 생태학적 방법으로 복원하기 위해 다음의 기준이 충족되어야만 한다.
․제방벽, 블럭공사, 방사제, 시트(sheet) 또는 목재 파일링(piling)과 같은 대량의 기술적 요소들이 적용되어서는 인된다. 오히려 현존하는 대량의 공사구조물들 이 부정적인 유체역학적, 생태학적 결과를 일으키므로 제거되어져야만 한다. 이 후의 호반보호는 복원된 호반구조물을 갖추어야 한다.
- 9 -
․연안지대의 물결과 유수의 수리학적 상태는 파괴적인 침식과 침니퇴적을 피하 기 위해서 개선 되어야 한다. 이것은 물결의 반사를 유도하고 유수의 수로를 만드는 구조물의 제거뿐만 아니라 평평한 호반을 만들고 장애물들을 제거하는 방법으로 완수된다.
․고고학적 유물, 갈대 또는 골풀(rush)이 있는 지역과 같은 위험이 있는 지역은 보호되어야 한다.
․호반지대가 현재 사용중일 지라도 복원공사 자체에 의해 생긴 수변지역의 추가 적인 소멸은 최소화되어야 한다. 호반 경계선이 호수쪽으로 변경되어 호반이 매립되는 것을 종종 피할 수 없다.
․복원된 호반은 자연적이고 방해받지 않는 지대라는 훌륭한 생태학적 조건들을 제공해야 한다. 그러므로 연안과 호반 지역의 필수적인 생태학적 과정과 상호 작용에 대해 충분히 이해할 필요가 있다.
․새로운 연안지역을 만들기 위해서 현장에 적합한 기질(基質)이 상용되어야 한다.
․호반복원의 많은 경우에 있어서 대중이 쉽게 호반에 접근할 수 있도록 하는 방 법이 동시에 달성되어야 한다. 생태학적 목적이 훼손되지 않는다면 이러한 의 도는 고려될 수 있다.
3.2 호반복원의 과학적 기초
생태학적 호반복원의 과학적 기초는 경험적․이론적 조사에 의해 개발되었다. 자연 호반지역과 연안지역의 200여개의 횡단면에 대한 조사와 측량이 실행되었다. 훼손 된 지대는 침식된 연안이나 호반침식에 의해 생겨난 절벽과 같은 변화된 상태를 드러냈다. 영향을 받지 않은 지대에서 횡단면들은 호반기질(基質)의 개별석재 (grain)와 자연 경사각이 현저한 상관관계가 있음을 보여주었으며 수리적 계산으로 이러한 발견을 입증했다. (Dittrich 外.,1999). 표 7과 그림 8은 각각 이러한 상관관 계와 보덴호 주위의 몇몇 전형적인 형태의 호반과 경사면을 보여준다.
- 10 -
- 11 -
3.3. 호반복원의 방법에 대한 설명
그림 9의 횡단면은 복원의 개념을 도식적으로 보여준다. 맨 위의 그림은 복원조치 들이 수행되기 이전의 절벽면이 있는 침식된 호반과 훼손된 갈대밭을 묘사했다. 파 란색 선들은 여름(최고수위)과 겨울(최저수위)사이의 수위변화를 표시한다. 두 번째 그림에서 개별석재(grain)의 크기와 경사각사이의 상관관계에 따라 주먹크기의 조 약돌로 구성된 경사면 기저(slope base)는 최저수위때 수위의 경계가 있는 호반 바 닥지점과 하나로 연결된다. 경사면 기저의 경사각은 대개 1:8과 1:20 사이의 범위이 며 또는 더 평평하다. 그 폭은 5-10미터이며 가끔 더 길다.
경사면 기저가 시공된 이후에 호반안은 이전에 침식된 물질을 대체하는 더 미세한 개별석재로 된 기질로 상층부 절벽 높이까지 채워진다. 해당기질은 그 지대의 특성 에 적합해야만 한다. 경사면 기저위로 더 미세한 물질이 1:20에서 1:50 사이의 각도 또는 더 평평한 경사각으로 놓여진다. 그러면 미세한 물질들은 경사면 기저에 의해 침식으로부터 보호받는다.
그림 10.에서 보여지듯이 같은 모델이 인공호반의 복원에도 개조 적용된다. 물결과 유수는 벽 전면의 호수바닥을 침식하여 매립지 경계를 형성한다. 또한 벽면의 기초 까지 침식되어 노출되는 일도 자주 있다. 고․저수위는 연중의 변화상황을 나타낸 다. 첫째, 벽을 완전히 무너뜨리거나 몇몇 경우에는 벽의 윗부분이 잘리고 나머지 부분은 새로 쌓은 호반 아래로 덮인다. 후에 자갈로 구성된 경사면 기저는 바닥부 위와 하나로 연결되며 해당지대에 적합하며 경험적으로 발견된 상관관계에 부합한 다. 대게 경사면 기저는 1:5에서 1:10의 범위내에서 경사각이 놓여진다. 경사면 기 저의 폭은 3-5m 사이이다. 시공은 개별석재와 경사각 사이의 기본적인 상관관계에 따라 이루어진다. 마지막으로 몇몇의 경우에는 “개별 서식지에 적합한” 식물들이 새로 복원된 호반 위에 심어진다. 보덴호에서는 경사면 기저와 상층부 경사면 모두 를 매립하기 위한 재료가 인근 자갈 채취장에서 운반한 것이며 따라서 호반 기질 처럼 빙퇴석 물질이다. 몇몇 경우는 인근 호안복원 프로젝트에 있는 연안지역에서 가져온 것이었다.
- 12 -
- 13 -
3.4 예비조사와 모델의 적용
호반 복원프로젝트를 계획하기 전에, 상응하는 복원방법을 적용하는 것에 의해 많 은 관점들이 고려되어야만 한다. 과거의 프로젝트에서 얻은 경험에 따르면 연구를 적용하거나 동반하지 않으면 그러한 조치들이 실패하기가 쉽다는 것이다. 그러므로 보덴호 주위의 호반 복원프로젝트는 대체로 전․후조사를 동반했다. 이것은 광범위 한 섹터의 연안선을 분석하는 것으로 이루어진다. 지형학적, 호소학적, 기상학적, 수리학적, 침전-층위학적 목록이 실제 상태에 대한 데이터를 제공한다. 생태학적 결함뿐만 아니라 생태학적 특징들도 고려되어야 한다. 역사적, 연대기적인 데이터 는 계획과 설계조치를 향상하는 데에 보완적으로 공헌할 수 있다. 평가결과는 호반 복원의 범위를 산정하고 복원의 방식, 설계를 위한 충분한 기초를 마련한다. 상응 하는 복원방식을 적용함으로써 다양한 관점이 고려되어야 한다.
4. 법적 측면: the “Bodenseeuferplan"
1970년대와 1980년대의 조사 (e.g. MELU, 1981)는 더욱 더 많은 호반과 호반 부근 의 얕은 수역을 위태롭게 하는 부분적으로 상충하는 호반에 대한 다양한 용도를 보여주었다. 보덴호반을 보호해야할 필요성은 분명해졌다. 결과적으로 이른바
“Bodenseeuferplan” (Regierung von Schwaben (1984), Regionalverband Bodensee-Oberschwaben (1984); Regionalverband Hochhein Bodensee (1984))로 불리우는 계획이 통과되었다. 이것은 호수에 접하고 있는 독일의 모든 지역에서 존재하는 합법적인 지역 계획이다. 이 계획의 목적은 보덴호반 지역과 연안구역의 보호이다. 그러므로 연안지역의 많은 부분들이 보호대상 호소구역 (limnological zone) 또는 자연보호구역으로 선포되었 다. 약 80%의 독일내 호반 경계선은 호반과 연안지역에 대한 기술적 간섭으로부터 보호를 받는다. 이 계획은 또한 호반복원의 목표에 대한 윤곽을 그리며 그러한 조 치들이 수행되어야만 하는 지역을 지정한다. 게다가 수상시설에 대한 규정이 만들 어진다. 예를 들면 부표수역, 육교, 부두와 정박위치에 대한 규정이 재정의되고 최 적화되었다. 그래서 항해로 점유되는 지역이 감소될 수 있었다. 계획의 다른 내용 들은 교통량 감소를 위한 조치와 호수내의 레크리에이션과 레저시설에 관한 규정 이다.
- 14 -
(그림 11): “Bodenseeuferplan"은 연안 보호지역, 자연 보호구역, 호반복원 계획지역을 지정한 다. 표는 프리드리히샤펜 마을 동부 호반의 관련지도 일부를 보여준다. 도표는 바 덴-위르템베르그와 바바리아에 있는 보호를 받는 연안지역의 호반 경계선 비율을 나타낸다.
5. 보덴호 호반복원 조치의 예
지난 20년 이상 동안 보덴호의 다양한 지역에서 호반복원 조치들이 수행되어왔다.
많은 추가적인 복원조치들이 아직도 계획되어있다. (그림 12)
- 15 -
5.1 기울어진 갈대밭의 복원
1980년대에 바바리안 호반에 있는 훼손된 갈대밭을 복원시키려는 결정이 처음으로 내려졌다. 갈대밭의 전면부가 수년에 걸친 침식작용의 결과로 끊임없이 감소하고 있었으며, 이미 100cm 이상 높이의 절벽과 갈대밭지대에 깊은 골이 형성되었다.
거의 1,000m의 거리에 걸쳐 갈대밭의 기울임이 확인되었고 이 현상은 멈출 수 없 는 듯했다. (그림 13)
강한 물결과 세찬 유수 그리고 인접한 인공호반에 대한 불리한 노출 때문에 광범 위한 훼손이 일어났다. 게다가 최고 수위때의 물살과 진흙의 축적도 갈대밭의 기울 임에 일조를 했다. 수 십 년에 걸쳐 훼손이 끊임없이 일어나고 있는 중이었다. (그 림 14. 참조)
- 16 -
호반복원 프로젝트는 유수, 물결에 대한 조사와 갈대밭지대, 어․조류 개체군수의 목록에 대한 평가를 수반하는 계획이었다. 이런 방법으로 이 모델은 지역적 조건에 맞게 적용될 수 있었다. 그 조치들은 1980년에 시작되었다. 안정성이 낮은 연약지 반이 커다란 문제가 되었다. 합성물질로 만든 매트가 경사면 기저를 안정시키고 시 공지대를 만들기 위해 사용되었다. 경사면 기저는 부분적으로 개별석재(grain) 크기 와 경사각 사이의 상관관계에 따라 주먹크기의 조약돌로 만든 제방형태의 바닥과 하나로 연결된다. 지역적 특성에 맞는 모래와 자갈과 같은 미세한 기질이 상층부 절벽 끝부분까지 채워진다. 자연호반 기질의 특성에 따라서 빙퇴석 재료가 인근 자 갈 채취장에서 운반되었다. 경사면 기저는 미세한 기질이 침식당하지 않도록 보호 한다. 식물이 저절로 다시 자생하기도 했고 인공적으로 심어지기고 했다.
부목이 호반경계선에 극심한 피해를 줄 수 있으므로 울타리가 진로를 막았으며, 따 라서 어린 갈대식물들이 보호를 받았다. 이후에 갈대밭 식물의 성장은 계속 진행되 었다. (그림 15)
극고수위와 폭풍우가 1999년 5월 전지역에 걸쳐서 갈대생물에 피해를 입혔다. 보호 울타리가 홍수위보다 낮았기 때문에 많은 양의 부목이 호반의 갈대밭으로 휩쓸려 내려왔다. 그러나 사후조사에서 경사면 기저와 인공 호반지대는 홍수에 의해 피해 를 입지 않았다는 것이 나타났다. 2001년에 이르러 대부분의 갈대가 자연적으로 다 시 자라났으며 또한 어․조류 개체군수도 정상수준으로 돌아왔다. 1999년에 일어난 극한상황은 호안복원의 안정성과 기능성을 입증했다. (Weyhmuller 外., 2000).
- 17 -
5.2 전(全)인공 호반 방조제 복원
호수 상류의 북쪽 호반에 위치한 프리드리히샤펜 마을은 거대한 제방이 있는 거의 전부가 인공 호반인 특징이 있었다. 2000년도에 현존하는 물결의 반사작용을 막고 유수의 속도를 줄이며 또한 사람들, 특히 아이들이 더 쉽게 호수에 접근할 수 있도 록 산책용 제방을 변화시켰다. 그 조치는 물이 저수위인 2월과 3월에 실행되었다.
경사면 기저를 건설하고 새로운 호반을 구획하기에 더 나은 조건이 주어지기 때문 에 이 시기를 선호했다. 선행된 조사에서 생태학적 조건뿐만 아니라 유체역학적 조 건 (Teiber & Weymuller, 1997, GKSS)에 관한 많은 불리한 점들이 나타났다. 조치 전후의 생태학적상태를 비교하기 위해서 동․식물 구계(區系) 목록이 고려되었다.
반사된 물결과 강한 유수가 침식과 진흙 축적을 동시에 발생시켰다. 이러한 과정은 인근의 자연보호지 뿐만 아니라 제방벽면 앞에서도 관찰되었다. 프리드리히샤펜의 호반복원용 방식은 바바리안호의 갈대밭의 복원에 적용된 방식과 대체로 동일했다.
바닥을 안정시키기 위해 매트를 사용하지는 않았지만, 특히 경사면 기저의 건설은 유사한 재료를 사용했다. 처음에는 벽을 허물어 냈다. 개별석재와 경사각 사이의 상관관계에 따라, 또한 유수와 물결의 상태에 따라 새 호반 지역은 평탄한 경사면 (경사각 1:12 - 1:15)으로 구성되었다.
이 지대는 수리학적․생태학적 과정에 관한 중요한 작동체(effectivity)를 회복했다.
경사면 기저는 저생생물을 위한 훌륭한 소(小) 생활권이며, 공간내부와 호반기질(基 質) 위에 축적된 물질이 상대적으로 적기 때문에 현존하는 비교 가능한 자연호반 보다 더 많은 양의 저생생물이 서식한다.
(표1.) 복원된 호반지대와 자연지대의 기질위의 날도래(Caddisfly) 유충의 양 비교
- 18 -
게다가 호반복원은 생태학적 측면을 잃지 않으면서 대중들에게 호반을 개방하고, 호수에 대한 접근성을 크게 높이는 기회를 제공한다. (그림 16) 두 사진은 조치가 취해지기 전․후의 달라진 상황을 보여준다.
5.3 갈대와 골풀 소생을 통한 홍수예방
호반복원은 오스트리아 호반 경계선에도 실행되었다 (Teiber, 2002). 2002년 2월에 호반 “재생” 프로젝트가 라인강 어귀근처에서 대규모로 시작되었다. 100년 전에 홍 수조절, 간척, 홍수재해 방지 목적으로 라인강이 운하화되었다. 그 이후로 제방이 강 어귀의 자연보호지에 있는 갈대밭을 가로지르고 있었다. 극도의 최고수위의 결 과로 제방의 일부가 훼손되었고 인근 갈대밭이 일부 기울어졌다. 게다가 많은 항구 와 다른 대규모 공사가 자연보호지를 위협하였다.
처음에는 호수 관리자들이 블럭과 시트파일과 같은 무거운 자재를 사용하여 피해 를 복구하려고 했다. 그러한 대규모공사의 반(反) 생태학적 효과에 대한 반대론으 로 담당기술자와 정치인들을 설득하여 생태학적 개념의 호반복원이 채택되었다.
호소학(湖沼學)적 조건과 유수․물결의 영향에 대한 선행된 조사목록은 자연보호지 가 위험에 처해있다는 사실과 더 이상의 파괴를 막는 조치를 취해야할 생태학적 중요성을 확인해줬다 (Teiber, 2001). 특히 이전에 무성했던 골풀 식물의 자취는 침 식, 진흙 축적물, 조류와 사향뒤쥐(muskrat)에 의한 피해 때문에 위험에 처해있었 다. 즉각적 보호 조치가 없었다면 골풀 개체군은 수 년 안에 호반에서 사라졌을 것 이다. 풀을 뜯는 새와 부목에 의한 더 이상의 피해를 막기 위해서 골풀지대 주위의 보호울타리가 세워졌다. 조치의 두 번째 단계는 제방의 훼손된 부분에 관한 것이 다. 한편으로 최고수위와 폭풍우 재해를 막는 예방조치와 다른 한편으로 갈대와 골 풀밭을 성공적으로 소생시키는 것은 난제(難題)였다. 무엇보다 시트파일과 블럭자 재와 같은 현존 “안전 예방조치”가 제거되어야 했다.
- 19 -
생태학적 복원방법을 이용하여 경사면 기저의 위치가 정해졌다. 경사면 기저의 시 공에는 연약지반과 낮은 안정성에 대비하는 대책이 필요했다. 황마(黃麻)재질의 매 트 시공지역을 만들기 위해 바닥까지 연결되었다. 썩지 않는 합성물질과 대조적으 로 황마매트(jute mat)는 시간이 흐름에 따라 분해된다. (그림 18.b) 경사면 기저 시 공이후에 “서식환경에 적합한” 기질의 평평한 경사면을 가진 새 호반지대가 놓여 졌다. 주로 미세한 물질이 상층 절벽 끝까지 채워졌다.
인접한 제방이 있는 항구와의 통합으로 안정성과 자재선정 때문에 전체공사가 복 잡해졌다. 경사지대의 영속적인 안정성을 위해서 자재인 개별석재의 크기가 점진적 으로 변화해야 했다. 개별석재 크기의 갑작스런 변화는 결국 불안정과 침식으로 귀 착될 것이다.
- 20 -
(그림18.) : 알프스 라인강 어귀근처의 갈대밭 재생;
a) 갈대밭 전면부를 따라 나타난 침식
b) 경사면 기저 시공: 분해성 황마 매트로 연약지반 안정
c) 조치이후의 상황: 경사면 기저는 수면을 따라 밝은 빛의 경계를 띄며 보여진다. (2002년 4월) d) 올라온 수위와 갈대의 성장 (2002년 5월)
재생조치의 완료 5개월후 후속 조사와 모니터링을 통해 좋은 결과가 나왔고 조치 의 효율성을 입증했다. 다음과 같은 측면에서 시공상태 뿐만 아니라 생태학적 상태 가 개선되었다:
․보호울타리는 골풀 개체군의 더 이상의 감소를 막았고 재생을 가능케 했다.
․울타리 전면부의 훼손이 수선되었고 이전의 침식에 의해 생긴 절벽 가장자리와 골이 제거될 수 있었다.
․대규모 블럭구조물과 시트파일을 제거함으로써 연안지대의 유체역학적 상황이 개선되었고 따라서 물결과 유수에 의한 침식의 부정적 영향을 멈출 수 있었다.
․이에 따른 직접적인 결과로 갈대가 재생되고 넓게 분포할 수 있었다.
․저생생물은 새 호반지대에 많은 양이 이식되었다. (그림 19.) 평방미터당 34,000 개체의 밀도가 기록되었다.
․경사면 기저와 새 평탄한 호안은 물결과 유수의 충격파에도 안정적이다.
- 21 -
(그림19.) : 성공적으로 개선된 호반구조의 결과로 호반 기질위에 생긴 많은 동물군.
표는 경사면 기저에 이식된 저생생물에 관한 중간결과이다.
The concept of lakeshore-restoration at Lake Boden using an environmentally-friendly and ecological method
Dr. Berthold Siessegger, Institute of Lake Research, Langenargen, Germany
Summary
After the Second World War, a rapid development in economy and settlement around Lake Boden began. The water quality of the rivers in the catchment area and of the lake got worse. Immense political and financial efforts succeeded in an extraordinary improvement of pelagial and profundal parts of the lake. However, its littoral area and shoreline were involved in an increasing development of settlement. The immediate consequences of this human impact were land-reclamation with a diminution of natural living conditions and also the deterioration and devastation of the natural shoreline. Ecological consequences and damages were caused by altered hydrodynamical processes such as erosion and the accumulation of organic matter.
Since the end of the seventies, first steps of restoration and rehabilitation have been taken to improve the state of the littoral zone and the shoreline. The concept of development concerning lakeshore restoration of damaged or totally built up shore is part of the “Lake Boden-Shore Plan”. Since 1984 this lawful instrument is also settling all affairs concerning the conservation and the management of shoreline. Theses are preservation measures on the one side and planning as well as shoreline restoration in the littoral zone on the other side. The concepts of lake shore restoration are also including sludge removal, soil replenishment, land erosion, reed rehabilitation and other special conservation measures.
Basic researches are applying to empirically gained data including hydrological investigations, Very important basis were surveys and measurements of about 200 lateral sections through the natural shore and littoral zone. In damaged sectors changed conditions were realized in form of abraded littoral and eroded shore. In natural sectors the lateral sections showed that the grain size of the littoral substrates and the angle of natural slope are significantly correlating.
Aim and object of these concepts were strategies of sustainable conservation and utilization of the fragile littoral ecosystems on the one hand, and the improvement
and development of methods in order to restore and to rehabilitate eroded or damaged shoreline around the lake.
Some various concepts are presented using Lake Boden as a model and being based on the empirically gained correlation between grain size and angle of slope.
At first in the eighties it was intended to rehabilitate a damaged reed along the Bavarian shoreline. The disastrous decline of reed (Phragmites communis) was the result of enormous erosion processes, mud accumulation and high water events. A new reedbed could be constructed using site-specific substrates and some plantation measures. The reed has regained “natural” structures and has reached a size as extended as in the sixties. Extreme high water and thunderstorm couldn’t stop the favourable development of this Bavarian reed.
Because of a high rate of built up shoreline people couldn’t get ashore. Many projects of shoreline restoration have been realized around the lake in order to improve the accessibility to the lake and to open the shore to the public, without reducing ecological aspects. Particularly it concerns beaches and promenades which take the place of massive walls.
Finally a current project is concerning the conservation and rehabilitation of an endangered rush vegetation (Scirpus lacustris.) in the littoral zone of the Austrian part of the lake. The rush vegetation declined already before the diminution of reed.
However, this remaining relict is the largest stock of a formely widespread formation around Lake Boden. It will be tried to conserve and to rehabilitate the rush vegetation with the help of an adaption of the rehabilitation model. Six months after the first steps of the project some successful effects can be pointed out.
Altogether over 26 kilometres of built up or damaged shoreline could be restored in the last 20 years around Lake Boden using the described model of shoreline restoration.
1 Introduction
The shoreline of Lake Boden has experienced strong alterations as a result of its utilisation by man. The effect of the changed shore structure on the characteristics and the impact of waves and currents has caused severe problems.
Counter-measures have been developed and carried out. This issue has been dealt with in presentations of Siessegger (2002) which are submitted for publication in the
Revue d’ecologie (La Terre et la vie). The subsequent chapters base on these
presentations as well as on another article of Siessegger & Teiber (2001).2 Human impact on the shoreline and littoral zone
Anthropogenous influences have changed the character of lakes all over the world.
The changes do not only concern the water quality of the lakes, but also the state of the littoral zones and shorelines. Extensive interference into the natural state has also occurred at Lake Boden. In the 19th and 20th century more and more houses were built next to the lake often combined with a small private harbour. Filling up the shore and reinforcing it against the wave impact by masonry extended the land property towards the lake and provided that even in the season of lower water level the riparian owners were close to the water. As a result of this development the natural shore vegetation was increasingly destroyed and the ecological status of the shoreline degraded. The scheme in Fig. 1 shows the transformation of the original shore bank and the resulting destruction of the natural vegetation by the ground-fill and bank reinforcement
Fig. 1: Transformation of the original shore bank and resulting destruction of the natural vegetation by the ground-fill and the reinforcement .
In addition land reclamation for economical and leisure purposes affected the lake shore on a wide scale. Many towns and villages built public grounds, parks, bathing beaches and promenades at the lake as well as harbours, camping sites and many other leisure facilities. In particular the approximately 300 boating facilities with over 56 000 boats have caused stressful effects on the lake and its shore. A detailed investigation over the last two years reports on structural interferences in the littoral zone and assesses the degree of human impact (Teiber, 2001). More than 60 % of the shoreline of Lake Boden is built up (Fig. 2). It is estimated that ground-fills covered more than 200 ha of previously natural shore vegetation. At the Bavarian shoreline the built-up part amounts to even 76 %, half of which is attributed to the construction of villas leading to a loss of about 28 ha of natural shore.
Only a few years ago blockwork was still a favourite method in water management for bank reinforcement and shore protection, because massive constructions seemed to best withstand the wave impact while taking up relatively little space. Our investigations, however, show the relationship between hard obstacles, like walls and
blockwork, and fundamentally disadvantageous consequences as erosion and siltation and the associated impact on the ecology.
Fig. 2: Structural condition of the shoreline of Lake Boden (1990).
2.1 Biotic and abiotic consequences of increasing human interference
The increasing impact of man-made structural changes at the shoreline implicated many negative consequences, both biotic and abiotic (Fig. 3). An immense part of the natural shore vegetation has disappeared. That means a diminution of natural living conditions like loss of breeding ground, wintering places for migratory birds and spawning ground for fish.
Fig. 3: Biotic and abiotic reactions as a result of building-up shoreline.
In particular the delicate balance between water motions and the conditions of sedimentation and erosion on the one hand, and the development of the sensitive vegetation on the other, is disturbed. As a result of massive shore bank reinforcements the hydrological regime is changed, and thereby the behaviour of waves and currents being the main driving forces for erosion and siltation. The waves can no longer slow down, lose their kinetic energy and peter out on such a steep shore (Fig. 4). Instead they are reflected from the walls and can produce jet currents of three or four times higher velocity than in the normal current field. As a consequence the littoral zone and the shore are heavily eroded and even adjacent regions with natural shore structure are affected by erosion or siltation (Fig. 5).
Currents in the littoral zone can be considerably influenced by obstacles, such as harbours or groynes. (Siessegger, 1970; Plate & Piroth, 1994). The changed current and wave dynamics can form an efficient transport system in the near-shore region abrading the bottom by whirling up sediment, carrying it away and producing siltation somewhere else. To date, erosion and siltation caused by man-made structural changes at the shoreline have assumed tremendous dimensions at Lake Boden.
Fig. 4: Waves in front of a shoreline reinforced by walls are intensified by reflection.
Fig. 5: Erosion of a natural shore in the neighbourhood of a strongly reinforced shore bank: A cliff has developed and old piles, formerly covered, emerge in the abraded littoral
0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0
a sp ha lt/co ncre te sla b sto ne filling (w ith/w itho ut
p la nta tio n o f re e d ) concrete masonry
steel sheet piling Biomass [g/m²]
Fig. 6: Comparison of biomass on different shore substrates (Kothé, 1982)
Investigations (Kothé, 1982, MELU, 1981) showed that substrates like asphalt, concrete and steel are extremely unfavourable for the colonization with benthos organisms in contrast to natural stony material like gravel and pebble stone. The latter offers much more living space with a surface that is up to 50 times larger. In addition the organisms find a better protection against currents and predators in the interspaces of stony shore substrates.
3 An ecological method of lakeshore restoration
For protecting the lake as a functioning ecological system the damages of the former fatal developments at the shores of Lake Boden should be removed as far as possible. Measures of lakeshore restoration should re-establish structures and living conditions close to nature and take into account all relevant ecological aspects in particular with regard to habitat-specific requirements. Precaution against further negative impacts has to be taken where necessary.
This chapter describes the requirements and the possible implementation of such an ecological concept of shore restoration, which has been applied successfully at Lake Boden since more than twenty years.
3.1 Requirements to an ecological method for the restoration of damaged or built up shores
To restore the damaged or built up shores with an ecological method the following criteria have to be met:
• No massive technical elements like walls, blockwork, groynes, sheet or wood
piling are to be applied. Instead the existing massive constructions have to be removed due to their negative hydrodynamical and ecological consequences.The protection of the shore thereafter has to be furnished by the restored shore structure.
• The hydrological regime of waves and currents in the littoral zone has to be
improved to avoid destructive erosion and siltation. This can be achieved by means of creating a flat shore, the elimination of obstacles as well as the removal of wave reflecting and current channelling constructions.• Endangered areas, such as regions with archaeological objects, reeds or rush,
have to be protected.• Further loss of the littoral area caused by the restoration itself has to be
minimized, though with respect to the existing utilisation at the shoreline it is often inevitable to shift the shoreline further into the lake.• The restored shore should provide good ecological conditions as in natural
undisturbed shore areas. It is therefore necessary to have a sufficient understanding of the essential ecological processes and interrelations in the littoral and shore region.• Site-specific substrates have to be used to create the new littoral zone
• In many cases of shore restoration a better shore accessibility to the public
shall be attained at the same time. Provided that the ecological objectives are not compromised thereby these intentions can be taken into account.3.2 Scientific basis of lakeshore restoration
The scientific basis of the ecological shore restoration was developed both by empirical and theoretical investigations. Surveys and measurements of around 200 cross-sections through natural shore areas and littoral zones were carried out.
Damaged sectors revealed changed conditions, such as an abraded littoral or cliffs developed by shore erosion. In unaffected sectors the cross-sections showed that the grain size of the littoral substrates and the angle of natural slope correlate significantly. Mathematical calculations verified these findings (Dittrich et al., 1999).
The figures 7 and 8 present this correlation and show some typical forms of shore and slope around Lake Boden.
Fig. 7: Correlation of grain-size and angle of slope
Fig. 8: Some typical shores with the correlating slope values and grain size
3.3 Description of the method of lakeshore restoration
The cross sections in Fig. 9 schematically illustrate the concept of restoration.
The upper figure depicts the eroded shore with a cliff and the damaged reed bed before the measures are carried out. The blue lines mark the water level variation between summer (high) and winter (low). In the second figure the slope base consisting of fistsize pebble stone according to the correlation between grain-size and the angle of slope is integrated into the shore bottom at the boundary where the low water level confines the lake. The angle of inclination of the slope base usually ranges between 1:8 and 1:20 or more flat. Its width amounts 5 to 10 metres, sometimes more.
Fig. 9: Rehabilitation of eroded or damaged shoreline (schematically)
After the construction of the slope base the shore is filled up to the upper cliff edge with a substrate of finer grain-size replacing the formerly eroded material. The substrate has to be suitable to the locality. The finer material above the slope bas is laid out with an angle of inclination ranging from 1:20 to 1:50 and more flat. Now all the fine material is protected by the slope base from being eroded.
The same model is adapted and applied to the restoration of built up shores as shown in Fig. 10. Waves and currents eroded the lake bottom in front of the wall, which forms the boundary of land reclamation. Frequently the base of the wall is also eroded and uncovered. The high- and low-water levels represent the varying situation during the year. At first the wall is either completely pulled down or in some cases the top of the wall is cut off so far that the remainder will be well covered under the newly filled-up shore.
Fig. 10: Restoration of a built-up shore (schematically).
Then the slope base consisting of pebble stone is integrated into the bottom, being suitable to the locality and in accordance with the empirically found correlation.
Normally the slope base is laid out with an angle of inclination ranging from 1:5 to 1:10. The width of the slope base ranges from 3 to 5 metres.
The substrate of the new lakeshore is filled in from the slope base to the upper slope.
The construction complies with the fundamental correlation of grain-size and angle of slope. At last in some cases a “habitat-specific” vegetation is planted out on the newly restored shore.
At Lake Boden the material for filling up both the slope base and the upper slope comes from local gravel pits and therefore originates from glacial moraines as does the substrate of the lakeshore. In some cases, the material was taken out of the littoral area in the neighbourhood of the lakeshore restoration project.
3.4 Preparatory investigations and adaptation of the model
Before planning a shore restoration project a large set of viewpoints has to be taken into account by adapting the restoration method correspondingly. Experience from past projects showed that without adaption or accompanying research such measures are very likely to fail.
Lakeshore restoration projects around Lake Boden are therefore usually accompanied by preceding and follow-up investigations. This comprises analysing extensive sectors of shoreline. Before the restoration an inventory of morphological, limnological, meteorological, hydrological and sediment-stratigraphical conditions supplies data on the actual state. Ecological features have to be considered as well as ecological deficits. Historical and chronological data can complementarily contribute to improve planning and designing measures.
The results of the assessment establish a sound basis for calculating the extent, the method and design of the lakeshore restoration. A large variety of viewpoints has to be taken into account by adapting the restoration method correspondingly.
4 Legal aspects: the „Bodenseeuferplan“
Investigations in the 1970’s and 1980’s (e.g. MELU, 1981) showed the various partially conflicting uses that claimed and endangered more and more the shore and the near-shore shallow water areas. The necessity to protect the shoreline of Lake Boden became obvious. As a consequence the so-called “Bodenseeuferplan”
(Regierung von Schwaben (1984), Regionalverband Bodensee-Oberschwaben (1984); Regionalverband Hochrhein Bodensee (1984)) was passed. This is a lawful regional plan which exists in all German regions bordering to the Lake. The objective of this plan is the protection of the shore areas and the littoral zones of Lake Boden.
Therefore many parts of the littoral area were declared as protected limnological zones or as nature reserves. About 80 % of the German shoreline is protected against further technical interferences into the shore and littoral area. The plan also outlines the objectives of lakeshore restoration and designates areas where such measures should be carried out. Additionally regulations are made for naval facilities.
E.g. regulations about fields of buoys, footbridges, jetties and locations for anchorage have been redefined and optimized, so that the areas claimed by navigation could be reduced. Further contents of the plan are measures for traffic reduction and regulations concerning recreation and leisure facilities at the Lake.
nature reserve/natural reserve reed
limnological protectorate
restoration of shoreline
settlement area bathing beach camping site harbour
Baden-Wuerttemberg Bavaria
Percentage of shoreline where the littoral area is protected
limnological protectorate
84 % 65 % remaining littoral area
nature reserve/natural reserve reed
limnological protectorate
restoration of shoreline
settlement area bathing beach camping site harbour
Baden-Wuerttemberg Bavaria
Percentage of shoreline where the littoral area is protected
limnological protectorate
84 % 65 % remaining littoral area
reed
limnological protectorate
restoration of shoreline
settlement area bathing beach camping site harbour
Baden-Wuerttemberg Bavaria
Percentage of shoreline where the littoral area is protected
limnological protectorate
84 % 65 % remaining littoral area
Fig. 11: The “Bodenseeuferplan” designates protected littoral areas, nature reserves and also areas with planned shore restoration. The figure shows the eastern shore of the town of Friedrichshafen in a cutout of the related map. The diagrams indicate the percentage of the shoreline of Baden-Württemberg and Bavaria where the littoral area is protected.
5 Examples of shore restoration measures at Lake Boden
Shore restorations measures have been carried out at Lake Boden since more than twenty years at various locations. Many further restoration measures are still planned (Fig. 12).
Lak e C
ons tan ce
Bodman Radolfzell
Allensbach
Steckborn Konstanz
Kreuzlingen Münsterlingen
Romanshorn
Rorschach
Bregenz Lindau Langenargen Friedrichshafen
Immenstaad Meersburg
Mainau Überlingen
Arbon Gaienhofen
Stein
am Rhein
Iznang
Sipplingen
Bavaria
5 km 0
--
Switzerland
Austria Germany
restoration of built up shores carried out restoration of built up shores planned rehabilitation of reed-belt carried out rehabilitation of reed-belt planned protection fence
Fig. 12: Locations at Lake Boden where shore restoration measures were carried out or are in planning
5.1 Rehabilitation of a declined reed bed
For the first time the decision to rehabilitate a damaged reed bed was made in the eighties along the Bavarian shoreline. The front of the reed bed was continuously decreasing over several years as a result of erosive processes, which already had formed a cliff with more than a hundred centimetres of height and deep lanes into the reed belt. Over a length of nearly a thousand metres the decline of the reed bed was registered, and seemed to be unstoppable (Fig.13).
Fig. 13: Heavy erosion by wave impact in the front of the reed bed (February 1980, low water level).
Powerful waves and strong currents on the one hand and an unfavourable exposure to the neighbouring built up shore on the other hand resulted in extensive damage.
High-water occurrences and the accumulation of mud contributed additionally to the decline of the reed. The deterioration was continuously going on over a few decades (Fig.14).
Fig. 14: Deterioration of the reed bed from 1967 until 1981.
The shoreline restoration project was accompanied by investigations of currents and waves, an assessment of the reed zone and an inventory of fish and bird populations. In this way the model could be adapted to the local conditions. The measures began in 1980.
There were major problems due to the soft ground with low stability. Mats of synthetic material were used to stabilize the field of the slope base and to create the
construction site. The slope base was partially integrated into the bottom in form of a bank of fistsize pebble stones and according to the correlation of grain-size and angle of slope. Fine substrate like sand and gravel, suiting to the locality, was filled up to the upper cliff edge. According to the nature of the natural shore substrate glacial morain material was used taken from local gravel pits. The slope base protected the fine substrates from being eroded. The vegetation either regrew of its own accord or was helped by initial planting.
Driftwood can cause extreme damage to the shoreline and this was prevented by a fence, which protected the young reed plants. The further growth of the reed bed vegetation was continuously going on (Fig. 15).
Extreme high-water levels and thunderstorms in May 1999 caused damage in the reed vegetation in the complete area. A lot of driftwood was washed ashore into the reed bed because the protective fence was lower than the floodwater level.
Investigations, however, showed that the slope base and the man-made shore areas were not damaged by the floodwaters. By 2001 most of the reed had regrown naturally and also the fish and bird population had returned to normal. The extreme situation of 1999 certified the stability and the function of the lakeshore restoration (Weyhmüller et al., 2000).
Fig. 15: Expansion of reedbed after the rehabilitation measure in 1981/82.
5.2 Lakeshore restoration of a totally built up shore bank
The town of Friedrichshafen, which is located on the northern shore of the Upper Lake, was characterized with an almost entirely built up shoreline with mighty walls.
In 2000 the embankment of a promenade was changed into a “natural” shore in order to prevent existing reflection and to reduce the velocity of currents but also to improve the accessibility to the lake for people and especially for children. The measure was carried out in February and March at lower water level. This time is preferred because of the better conditions for constructing the slope base and laying out the new shore. Preceding investigations showed many deficits of the hydrodynamical conditions as well as the ecological ones (Teiber & Weyhmüller, 1997, GKSS). An inventory of the fauna and flora was taken to compare the ecological situation before and after the measure.
Reflected waves and strong currents caused both abrasion and mud accumulation.
These processes could be seen in front of the walls as well as in the neighbouring nature reserve.
The method used for the lakeshore restoration in Friedrichshafen was principally the same as that applied for the rehabilitation of the Bavarian reed bed. Particularly the construction of the slope base shows similar elements, however without using mats to stabilize the bottom. At first the wall was pulled down. The new shore area consists of a flat slope (in a gradient of 1:12 – 1:15) that was laid out according to the regime of currents and waves and according to the correlation between grain size and angle of slope.
The area regained a significant effectivity with regard to the hydrological and ecological processes. Especially the slope base is a good biotope for benthos organisms (Tab. 1) having an even higher abundance than existing comparable natural shores due to less accumulated matter in the interspaces and on the shore substrate.
Tab. 1 Abundance of Caddiesfly-larvae on the substrate of a natural area in comparison with the restored shore area
Taxa of Caddiesfly-larvae Abundance on natural gravel substrate and pebble stones
Abundance on pebble stones of slope base of renatured area
Orthotrichia costalis 5 6
Hydroptila. spp 1 4
Hydroptila sparsa 0 4
Hydroptila tineoides 0 2
Agraylea multipunctata 0 7
Polycentropus flavomaculatus 5 7
Cyrnus trimaculatus 0 7
Tinodes waeneri 5 7
Ecnomus tenellus 0 1
Athripsodes cinereus 6 1
Ceraclea alboguttata 1 4
Ceraclea annulicornis 6 3
Mystacides azurea 1 5
Mystacides longicornis 7 3
Oecetis ochracea 4 4
Oecetis lacustris 2 3
Abundance Frequency
1 single
2 rare
3 rare-middle
4 middle
5 middle-frequent
6 frequent
7 abundant
In addition, the shore restoration offers an important improvement of accessibility to the lake, opening the shore to the public without losing ecological aspects. The comparative illustrations in Fig. 16 show the different situation before and after the measure.
Fig. 16: Shore bank in the eastern part of the town of Friedrichshafen
left: the bank reinforcement in June 1999 before the restoration measure;
right: the same place in June 2000 after the measure.
5.3 Precaution against floodwaters by revitalizing reed and rush
Lakeshore restoration is increasingly realized also along the Austrian shoreline (Teiber, 2002). In February 2002 a project of shore “revitalization” began on a large scale near to the mouth of the Rhine river. A hundred years ago the Rhine river had been canalized for reasons of flood control, land reclamation and protection against high-water disasters. Since then dikes are crossing the reed bed in the nature reserve at the mouth of the river. As a result of extreme high-waters some parts of the dikes have been damaged and their neighbouring reed bed partially declined.Additionally a lot of harbours and other massive constructions are endangering the nature reserve.
At first water management intended to repair the damages by using heavy material like block and sheet piling. Objections concerning the negative ecological effects of such massive constructions could convince the engineers and politicians in charge and an ecological concept of lakeshore restoration was adopted.
An inventory of the limnological conditions and preceding investigations on currents and wave impact confirmed the endangerment of the nature reserve and the ecological importance to take measures against further destruction (Teiber, 2001). In particular the relict of a formerly widespread vegetation of rush was in danger because of erosion, mud accumulation and damages caused by birds and muskrats.
Without immediate action and protective measures the rush population would disappear from the littoral within a few years. A protective fence was erected around the rush area to prevent further damages by bird grazing and driftwood.
The second phase of the measure concerned the damaged part of the dike. The precaution against high-water and thunderstorm disasters on the one side, and a successful revitalization of reed and rush beds on the other were a difficult challenge.
First of all the present “safety precaution”, like sheet-piles and block material, had to be removed (Fig. 17).
Fig. 17: The massive blockwork and sheet piling in front of the reed bed were removed
Using the ecological restoration method the location of the slope base was defined.
The construction of the slope base required measures against the soft ground and the low stability. Mats of jute material were integrated into the bottom to create the construction site. In contrast to the unrottable synthetic material the mats of jute are decomposing in the course of time (Fig 18b). After the construction of the slope base a new shore area with a flat slope of “habitat specific” substrate was laid out. Mainly fine material was filled up to the upper cliff edge.
The integration of the neighbouring embanked harbour complicated the whole works as for the stability and the selection of material. Permanent stability of slope sections required a gradual transition of the material grain size. An abrupt change in grain sizes would result in unstableness and erosion.
Fig. 18: Rehabilitation of a reed bed near the mouth of the Alpine Rhine;
a.) erosion along the front of the reed bed (February 2002);
b.) constructing the slope base: stabilization on the soft ground by rottable jute mats
c.) situation after the measure: slope base can be seen as lightish boundary along the water line (April 2002);
d.) rising water level and reed growth (May 2002).
Five months after completion of the rehabilitation measure follow-up investigations and monitoring showed good results and approved its efficiency. The ecological as well as the constructional situation was improved by the following aspects:
• The protective fence could prevent the further decline of the rush population
and enable its regeneration.• The damages in front of the dike could be repaired and cliff edges and lanes,
caused by former erosion, could be eliminated.•
By removing the massive blockwork and sheet piling the hydrodynamic regime in the littoral zone was improved so that the negative impact of erosion by waves and currents could be stopped.• As a direct consequence from this the reed could recover and spread out
a.) b.)
c.) d.)
• Benthos organisms colonized the new shore area in a high abundance (Fig
19). A density of 34 000 individuals per square meter could be registered.• The slope base and the new flat shore are stable against the impact of waves
and currentswet weight/m² * wet weight/slope base** wet weight/ha ***
Dreissena
polymorpha 794 g 980 kg 7940 kg
Gastropoda/
Hirudinea/
Turbellaria 113 g 140 kg 1130 kg
Crustacea/
Insect larvae 6 g 8 kg 63 kg
total 913 g 1128 kg 9133 kg
* sample depth 0 - 25 cm
** sample depth 0 - 25 cm, slope base: 247 m long and 5 m width = 1235 m²
*** sample depth 0 - 25 cm
Fig. 19: Abundant fauna on the shore substrate as a result of the successfully improved shore structure. The table shows interim results about benthos organisms colonizing the slope base.
6 References
DITTRICH, A., WEISSER, H, BRENNER, S., SCHNAUDER, I. (1999): Untersuchungen zum Stabilitätsverhalten von Böschungen des Bodenseeufers. Endbericht im
Auftrag der Gewässerdirektion Donau/Bodensee Bereich Ravensburg
KOTHÉ, P. (1982): Ufergestaltung bei Ausbau und Unterhaltung der Bundeswasserstraßen, Interner Bericht Bundesanstalt für Gewässerkunde
1982, p.1-18
MELU, MINISTERIUM FÜR ERNÄHRUNG LANDWIRTSCHAFT UMWELT UND FORSTEN BADEN- WÜRTTEMBERG (1981): Flachwasserschutz am Bodensee, Wasserwirtschafts-
verwaltung Heft 11
PLATE, E.J. & PIROTH, K. (1994): Strömungsbeurteilung einer Leitwand in der Flachwasserzone vor dem Yachthafen Radolfzell, Gutachterliche
Stellungnahme
REGIERUNG VON SCHWABEN (1984): Bayerischer Bodenseeuferplan, Augsburg REGIONALVERBAND BODENSEE-OBERSCHWABEN (1984):
Bodenseeuferplan (Teilregionalplan nach § 9, Abs. 1 Landesplanungsgesetz)
REGIONALVERBAND HOCHRHEIN-BODENSEE (1984):Bodenseeuferplan (Teilregionalplan nach § 9, Abs. 1 Landesplanungsgesetz)
SIESSEGGER, B. (1970): Limnologische Untersuchungen über das Litoral amBodensee, am Beispiel der Friedrichshafener Bucht. – GWF –
Wasser/Abwasser, 111, p. 488-493
SIESSEGGER, B. & TEIBER, P. (2001): Erfolgsmodell für Renaturierungen am Bodenseeufer, Ingenieurbiologie/Genie Biologique 3: 3-13.
Siessegger, B. (2002):
1.) General concepts of lakeshore restoration applied for Lake Boden, 2.) Examples of restoration-work, planned and carried out around Lake Boden,
presentations at the European Symposium of Management and Conservation of Lake Littoral Vegetation (23, 24 and 25 october 2002, Le Bourget du Lac, France)
TEIBER, P. & WEYHMÜLLER, M. (1997). – Wissenschaftliche Begleituntersuchung für das Renaturierungsgebiet Friedrichshafener Bucht in der Flachwasserzone und der angrenzenden ökologischen Kontaktzone. Abschlussbericht im Auftrag der Gewässerdirektion Donau/Bodensee Bereich Ravensburg.
