Motorboote, Ausflugsschiffe, Uferverbauungen und die durch den Klimawandel bedingten meteorologischen Veränderungen setzen Seen zunehmend unter Druck. Die Schwächung der Seeökosysteme zeigt sich in einer Verschiebung der Artenvielfalt und in einer sinkenden ökologischen Funktionsfähigkeit. Davon betroffen sind auch drei der größten Kärntner Seen, Wörthersee, Ossiacher See und Weißensee.

Um diesen Veränderungen der Ökosysteme auf den Grund zu gehen, haben Forschende der TU Graz nun gemeinsam mit Partnern im Rahmen des Projekts WAMOS (Wave Monitoring System based on GNSS/INS Integration) ein neuartiges Mess- und Simulationssystem zur Erfassung und Bewertung von Seewellen und deren ökologischen Auswirkungen entwickelt. Das System ermöglicht erstmals präzise Untersuchungen, wie stark Bootswellen und Windwellen das ökologische Gleichgewicht von Seen beeinflussen und ermöglicht eine Aussage darüber, welche Uferbereiche besonders betroffen sind.

Die Ergebnisse zeigen, dass von Booten verursachte Wellen eine signifikante Auswirkung auf die ökologische Funktionsfähigkeit des Sees haben.

„Wir konnten erstmals wissenschaftlich belegen, wie stark Motorbootswellen zur Aufwirbelung von Sedimenten und damit zur Trübung des Wassers beitragen und insbesondere den Unterwasserpflanzen zusetzen“, sagt Philipp Berglez vom Institut für Geodäsie der TU Graz.

Wellen millimetergenau gemessen

Das Monitoring-System wurde für den Wörthersee entwickelt und auch dort getestet. Die Auswahl des Wörthersees als Testgebiet erfolgte aufgrund der hohen Anzahl von Bootslizenzen: Die Zahl der Bootslizenzen für Motorboote ist am größten Kärntner See zwischen 2007 und 2025 von 400 auf rund 900 und damit auf mehr als das Doppelte gestiegen.

Zur Bestimmung der Wellenhöhen stattete das Team der TU Graz Bojen mit Sensorik zur präzisen Positions- und Bewegungsbestimmung mittels Satellitenortung (GNSS) und Beschleunigungssensorik (INS) aus. Die so aufgezeichneten Sensordaten der Bojen werden zur Berechnung der Wellenhöhe verwendet.

Zur Bestimmung der Wellenhöhen am Wörthersee wurden Bojen mit Sensorik zur präzisen Positions- und Bewegungsbestimmung ausgestattet. (Quelle: Kärntner Institut für Seenforschung)

Labor- und Feldtests zeigen: Die Bojen messen die Seewellen mit einer Gesamtgenauigkeit von unter 10 Millimetern.

„Das ist ein absolutes Novum. Messbojen zur Wellenhöhenbestimmung sind bisher für maritime Anwendungen wie Tsunamiwarnungen ausgelegt und erreichen bei Weitem nicht die Messgenauigkeit für die deutlich kleineren Wellenbewegungen im See“, schildert Philipp Berglez.

Neben der Höhe bestimmt das Monitoringsystem auch die Ursache der Wellen – Motorboote oder Wind. Das ist besonders am Wörthersee eine Herausforderung, weil sich die hochfrequenten Anteile von Wind- und Bootswellen ähneln. Ein eigens entwickelter Filter hebt typische Bootswellenmuster hervor, sodass sie in den Daten klar unterscheidbar werden.

KI erkennt Boote automatisch

Einen weiteren innovativen Bestandteil des WAMOS-Systems steuerte die FH Kärnten bei: eine KI-basierte Bootserkennung, die aus Drohnenaufnahmen automatisch zwischen Motorbooten, Segelbooten und Linienschiffen mit einer Genauigkeit von rund 96 Prozent unterscheidet. Das macht es möglich, die erzeugten Wellenformen und ihre Energie präzise zuzuordnen und damit die Auswirkungen des Bootsverkehrs auf das Ökosystem zu modellieren.

Parallel zu den Wellenmessungen hat das Wiener Limnologie-Unternehmen systema umfangreiche gewässerökologische Untersuchungen durchgeführt, darunter Trübemessungen und ein Makrophyten-Monitoring über zwei Vegetationsperioden. Diese Wasserpflanzen dienen als Bio-Indikatoren für den ökologischen Zustand eines Gewässers.

Das deutsche Ingenieurbüro Kobus und Partner steuerte noch meteorologische Erhebungen bei und integrierte alle Ergebnisse und Aussagen in einen Wellenatlas. Dieser Wellenatlas veranschaulicht die Oberflächenwellen und zeigt unter Berücksichtigung von Uferverbauungen und Windverhältnissen, wie stark exponiert die Uferbereiche sind. Zusätzlich wurde ein Bootsmodell zur Simulation einzelner Szenarien entwickelt, in das alle Messungen miteingeflossen sind.

Natürliche Schutzmaßnahmen sind am wirksamsten

Die Untersuchungen ergaben erste Aussagen über die Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen: Schilfschutzzäune sind wirksam, indem sie vor allem starken Wellengang vom Ufergürtel fernhalten, wodurch sich Pflanzen neu ansiedeln und ausbreiten können. Bootswellen sind aufgrund ihrer hohen Wellenenergie selbst durch Schilfschutzzäune noch abgeschwächt nachweisbar. „Den besten Schutz aber bieten eindeutig natürliche, unverbaute Buchten“, betont Philipp Berglez. Seen mit stark verbauten Ufern, wie eben der Wörthersee, sind schon lange nicht mehr in ihrem ursprünglichen Zustand und bieten entsprechend weniger natürlichen Wellenschutz.

Faktor Fisch

Im Zuge seiner Untersuchungen konnte das Projekt-Team eine Vermutung bestätigen: Neben den Wellen und damit einhergehenden Strömungen sind auch Fische ein wesentlicher Faktor für den Schwund der Makrophyten. Karpfen, Rotaugen und Rotfedern setzen den Pflanzenbeständen stark zu, einerseits durch Fraß und andererseits durch das Aufwühlen des Sediments. Das aufgewühlte Sediment wird zusätzlich durch die Wellenbewegung verfrachtet und lagert sich an den Wasserpflanzen ab. Das beeinträchtigt die Photosynthese, was die Unterwasserpflanzen zusätzlich schwächt.

Berglez fasst zusammen: „In Kombination mit Bootswellen führt das zu einer gefährlichen Abwärtsspirale für die Pflanzenbestände“.

Die entwickelten Seenmodelle nutzen all diese Ergebnisse und lassen anhand punktueller Messungen Aussagen und Simulationen für den gesamten See zu. Damit liefert WAMOS eine fundierte Grundlage für ein datenbasiertes und nachhaltiges Seenmanagement. Ziel ist nun, das Monitoringkonzept weiter auszugestalten und Langzeitdaten auch an weiteren Seen zu erheben.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Philipp Berglez
TU Graz | Institut für Geodäsie
pberglez@tugraz.at

Mag. Georg Santner
Amt der Kärntner Landesregierung | Kärntner Institut für Seenforschung
georg.santner@ktn.gv.at

Quelle: Technische Universität Graz