A Decision Support System for Management of Mires in the Forest Supported by: Deutsche Bundesstiftung Umwelt First results of a research project (2006.

A Decision Support System for Management of Mires in the Forest

Supported by: Deutsche Bundesstiftung Umwelt

First results of a research project(2006 – 2009)

Humboldt Universität zu Berlin, Division of Soil Science and Site Science

(Prof. J. Zeitz, B. Hasch, H. Lotsch)

University of Applied Science Eberswalde,Department of Vegetational Science and Applied Plant Ecology

(Prof. V. Luthardt, R. Meier)

A Decision Support System for Management of Mires in the Forest(DSS-WAMOS)

Object of investigation

Definition - Forest mire

„Forest mires (in terms of DSS-WAMOS) are defined as mires (with or without wood) connected to forest. The catchment area is

predominantly covered with wood - which has a significant impact on the water supply situation of the mire.“


WATER DEFICIENCY

• drainage-systems

• lowering of the regional ground water table

• unnatural composition of forest stand in the catchment area

Background: pressures on forest mires


Background: previous restoration practice

• 49 % of the projects showed only slight degree of success*

• 75 % of the restoration projects (n = 53) were accomplished without any further site analysis or simply based on inspection of the site

• low transparency regarding the aspired development objective and decision relevant parameter

• disregard of abiotic parameter (water supply and nutrient budget)

*Evaluation criteria here was the development of the mire water level (spacial / temporal) in 2006

23%6%

49% 23% Degree of success (n=53)

high

mid

low

not evaluated


Project objective

What shall the DSS-WAMOS provide?

Derive an individually adapted, optimal proposal for restauration measures in forest mires:

– high reliability at rather low data-requirement

– high transparency and simple practicability (dichotomous decision trees)

– provision of expertise and professional decision-relevant information

– point out possible incertainties and additional investigations if necessary


Identification of decision-relevant parameter:

• evaluation of technical literature and guidelines concerning the restoration of mires

• experts talks on restoration with participants from science and practice

• analysis of restoration projects

• analysis of existent DSS-components concerning its applicability

Development and validation of the DSS-structure

• Model part: elaborate decision trees in a modular concept

• validation in selected mires (test areas)

Methods


Basic structure of the DSS-WAMOS model part

Section „objective of restoration"

Section „determination of measures“

development objective (intended water level and pattern of use)

water availability

restriction caused by land use

module„spacial resistance/

utilisation"

module„rewetting potential“

module„self-eutrophication"

module„nutrient discharge"

protection of species and habitats

module„water regime"


no limitationextensive grassland

extensive foresty use

intensive use

N1 N2 N3 N4

no limitation A1 E1 E3 E5 (E1/E3/E5)*

guaranteed maintenance of

grasslandA2 E3 E3 (E3)** (E3)*

no inundation and poss. stepwise lift up

of water levelA3 E2 E4 E6 (E2/E4/E6)*

no inundation and guaranteed

maintenance of grassland

A4 E4 E4 (E4)** (E4)* **

limitation due to land use

development objective

lim

itat

ion

du

e to

co

nse

rvat

ion

o

f sp

ecie

s an

d b

ioto

pe

DSS-WAMOS – development objective – Matrix

() = under reserve: * = practicable not until removal of all limitation ** = conservation of species and habitats has priority in case maintenance is secured


Basic structure of the DSS-WAMOS model part

Section „objective of restoration"

Section „determination of measures“

development objective (intended water level and pattern of use)

matrix „hydraulic measures“

management strategy

module„catchment area"

module„maintenance“

water availability

restriction caused by land use

module„spacial resistance/

utilisation"

module„rewetting potential“

module„hydraulic situation“

module„self-eutrophication"

module„nutrient discharge"

protection of species and habitats

module„water regime"


Handelt es sich um ein geneigtes Moor?

ja

nein

Entwässerungsanlagen vorhanden?

ja

neinkeine wasserbauliche

Maßnahme

Waldmoor-KartierungOrtskenntnis

Waldmoor-KartierungOrtskenntnisVermessung Oberboden tiefer als 15 cm

stark vererdet?ja

Unterlagerung durch gering zersetzten Torf?

ja

nein

nein

Liegt gespanntes Grundwasser im oberen

Hangbereich vor?

neinja

hohe Durchlässigkeit in der mineralischen Umgebung/

mineral. Untergrund?

ja

nein



Waldmoor-KartierungSonderuntersuchung

Ortskenntnis / Sonder-untersuchung / Probeschurf

Oberboden tiefer als 15 cm stark vererdet?

ja

flachgründiges Moor ?

ja

nein

neinhohe Durchlässigkeit in der mineralischen Umgebung/

mineral. Untergrund?

nein

ja

Maßnahmen-feld M1

Geol. KarteOrtskenntnis

Geol. KarteOrtskenntnis

Ortskenntnis / Sonder-untersuchung / Probeschurf

Maßnahmen-feld M2

Maßnahmen-feld M3

Maßnahmen-feld M4

Maßnahmen-feld M5

Maßnahmen-feld M6

Maßnahmen-feld M7

Maßnahmen-feld M8

Maßnahmen-feld M9

module „hydraulic situation“

Task: – determination of hydraulic measures

Decision relevant parameters:– slope– mire depth– thickness of degraded topsoil– decomposition of undegraded peat layers in the subsoil– water permeability of mineral subsoil– existance of artesian ground water- kind of ditches

max. 5 steps to come to a decision


M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9

E1

E2

E3

E4

E5

E6

hydraulic site type

dev

elo

pm

ent

ob

j.

Section of measures M1

Development objective E1:Water regime:If possible all year long shallow maintaining inundation / spreading; in case of water shortage, in order to accumulate water, inundation during winter season possible.Measure: - complete (at surface level) sectoral infilling of ditches with cohesive material (no shifting off the topsoil!) / primarily damming of ditches, integration into subsoil or mineral margine of the mire

Development objective 2:Wasserregime:möglichst lang anhaltender ganzjähriger Einstau/Anstau; kein Überstau zur Wasserbevorratung! / ggf. Anhebung der Wasserstandes in 2 Schritten (bei möglicher Rückquellung / Mooratmung)Maßnahme: - Grabenteilverfüllung mit bindigem Material (kein Oberbodenabtrag!) in mindestens 2 Schritten sinnvoll; vorrangig Gräben verfüllen, die in den sandigen Untergrund oder mineralischen Moorrand einbinden 1. Schritt: flurgleiche Grabenteilverfüllung / Überstau vermeiden! 2. Schritt: ggf. nochmalige Anhebung der Grabenteilverfüllung nach eingetretendem "Aufschwimmen" der Mooroberfläche

Entwicklungszieltyp 3:Wasserregime:möglichst lang anhaltender flacher Überstau Winter-Frühjahr / bei geringem Wasserdargebot zur Wasserbevorratung ggf. auch höheren Überstau im Winter; im Sommer Absenkung der Wasserstände auf 20-30 cm unter Flur. Anhebung der Wasserstände in 2 Schritten sinnvollMaßnahme: - Grabenteilverfüllung mit bindigem Material (kein Oberbodenabtrag) in mindestens 2 Schritten sinnvoll; vorrangig Gräben verfüllen, die in den sandigen Untergrund oder mineralischen Moorrand einbinden; 1. Schritt: Grabenteilverfüllung mit einem Freibord von ca. 20 bis 30 cm 2. Schritt: a) vollständige (flurgleiche) Grabenteilverfüllung, sofern nach 1. Schritt im Sommer der Grabenwasserstand deutlich (mehr als 20 cm) unter die Überlaufhöhe abfällt b) anderenfalls zusätzlicher Bohlenstau zur Anhebung der Winterwasserstände, mindestens flurgleich oder 10 bis 20 cm über Flur Überlaufhöhe des Bohlenstaus einrichten; im Sommer sind bei zu hohen Wasserständen ggf. Bohlen zu entfernen, um Zielwasserstand einzustellen

Entwicklungszieltyp 4:Wasserregime:möglichst lang anhaltender flurgleicher Ein-/Anstau im Winter-Frühjahr / kein Überstau; im Sommer Absenkung der Wasserstände auf 20-30 cm unter FlurMaßnahme: - Grabenteilverfüllung mit bindigem Material (kein Oberbodenabtrag!) in mindestens 2 Schritten sinnvoll; vorrangig Gräben verfüllen, die in den sandigen Untergrund oder mineralischen Moorrand einbinden 1. Schritt: Grabenteilverfüllung mit einem Freibord von ca. 20 bis 30 cm 2. Schritt: a) vollständige (flurgleiche) Grabenteilverfüllung, sofern sich nach 1. Schritt keine Überstaugefährdung größerer Flächen abzeichnet und im Sommer der Grabenwasserstand deutlich (mehr als 20 cm) unter die Überlaufhöhe abfällt b) zusätzlicher Bohlenstau zur Anhebung der Winterwasserstände, sofern nach 1. Schritt keine Überstaugefährdung größerer Flächen abzeichnet aber im Sommer der Grabenwasserstand nicht deutlich unter die Überlaufhöhe der Grabenteilverfüllung (1. Schritt) abfällt / flurgleiche Überlaufhöhe des Bohlenstaus einrichten; im Sommer sind bei zu hohen Wasserständen ggf. Bohlen zu entfernen, um Zielwasserstand einzustellen

Entwicklungszieltyp 5:Wasserregime:möglichst lang anhaltender flacher Überstau Winter-Frühjahr; im Sommer Absenkung der Wasserstände auf 20-30 cm unter Flur.Maßnahme: - vgl. E3

Entwicklungszieltyp 6:Wasserregime:möglichst lang anhaltender flurgleicher Ein-/Anstau im Winter-Frühjahr / kein Überstau; im Sommer Absenkung der Wasserstände auf 20-30 cm unter FlurMaßnahme: - vgl. E4

Maßnahmenfeld 1

Entwicklungszieltyp 1:Wasserregime:möglichst ganzjähriger flurgleicher Einstau/Anstau; bei geringem Wasserdargebot zur Wasserbevorratung ggf. auch Überstau im Winter möglich.Maßnahme: - vollständige (flurgleiche) Grabenteilverfüllung mit bindigem Material (kein Oberbodenabtrag!) / vorrangig Gräben verfüllen, die in den sandigen Untergrund oder mineralischen Moorrand einbinden

Development objective E2:Water regime:if possible long-standing inundation/spreading, no inundation in order to accumulate water! / if necessary lift up of water level within 2 stages (possible swelling / oscillation of mire)Measures:- sectoral infilling of ditches with cohesive material (no shifting off the topsoil!!) within at least 2 stages is reasonable; primarily damming of ditches, integration into subsoil or mineral margine of the mire 1. step: damming of ditches, water level at surface / avoidance of inundation! 2. step: if necessary repeated lift up of sectoral infilling of ditches in case mire surface happens to float





M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9

E1

E2

E3

E4

E5

E6

hydraulic site type

de

ve

lop

me

nt

ob

j.

DSS-WAMOS – rewetting measures – Matrix

Maßnahmenfeld 1

Entwicklungszieltyp 1:Wasserregime:möglichst ganzjähriger flurgleicher Einstau/Anstau; bei geringem Wasserdargebot zur Wasserbevorratung ggf. auch Überstau im Winter möglich.Maßnahme: - vollständige (flurgleiche) Grabenteilverfüllung mit bindigem Material (kein Oberbodenabtrag!) /

Section of measures M4

Development objective E1Water regime:If possible all year long inundation/spreading, in order to accumulate water inundation possible, if necessary mounting of sills with cohensive material at the mineral margin in order to generate inundationMeasures:- sectoral or complet infilling of ditches with degrated topsoil (shift off topsoil) or cohensive material, primarily infilling of ditches, integration into subsoil or mineral margine of the mire






Decision-relevant parameters module „Maintenance“

Module „Maintenance“

Task: – derive of adequate maintenance measures in the mire

Decision relevant parameters:– feasibility of hydraulic measures – type of current land use (agriculture / commercial forestry)– species of mire grove– existance of specific kinds of shadowing-sensitive

vegetation that need to be preserved– hydrostatic type of mire / oszillation ability – abundance of brown mosses– long term warrantee maintenance– density of mire grove – kind of pine-needle (short-needle / long-needle type)

Bernhard Hasch

Hier vieleicht doch die wichtigsten auflisten, zumindest ide für die konkrete Maßnahmenableitung!


• differentiated, practicable basic structure • manageable amount of parameters and decision steps• parameters are largely available through the standardized mapping

sheet of forest mires• additional investigations referring to:

– slope of mire surface– mire depth– ground water (especially confined ground water)

• additional external data / information requirement:– ground water table (trend)– geology– water quality (influx of surface water)– status of protected area / type of habitat (FFH-directive)

• uncertainties:– evaluation of rewetting potential (uncertain water balance)– impact assessment of nutrient remobilisation and discharge– handling of heterogeneous areas– applicability on other natural geographic region

DSS-WAMOS – Conclusion

supported by:

Deutsche Bundesstiftung Umwelt

Thank you for your attention!

www.dss-wamos.de

A Decision Support System for Management of Mires in the Forest Supported by: Deutsche Bundesstiftung Umwelt First results of a research project (2006.

Documents

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