Geometric variability assessment of riverbanks and river widths to quantify human influence on Austrian rivers

Abstract

In dieser Arbeit wird eine Methodik entwickelt, welche die Erreichung der Ziele der EU-Verordnung zur Renaturierung in Hinblick auf die Flussvernetzung und der Verbesserung der Funktionen von Auengebieten unterstützt. Sie basiert auf der Annahme, dass eine geringe geometrische Variabilität in Flussufern auf einen starken menschlichen Einfluss und eine verminderte Vernetzung hindeutet. Dadurch werden solche Flussabschnitte zu potenziellen Renaturierungsstandorten. Die Methode nutzt ein digitales Geländemodell, um automatisch zwei Kennzahlen zu berechnen: einen Index für die Ufervariabilität und die Standardabweichung der normierten Flussbreiten. Diese werden aus Querschnittsprofilen abgeleitet, die in regelmäßigen Abständen normal zur Flussachse erstellt werden. Die Ergebnisse werden als Vektordatensätze gespeichert, die in einer GIS-Software visualisiert werden können. Der Ansatz wird auf die drei österreichischen Flüsse Lech, Traun und Leitha angewendet, die durch vielfältige Landschaften fließen. Ihre Ergebnisse zeigen, dass Flussabschnitte mit sichtbaren menschlichen Eingriffen, wie beispielsweise begradigte Flussläufe, im Allgemeinen eine geringere Ufer- und Breitenvariabilität aufweisen, während natürlichere Abschnitte (z. B. verzweigte oder mäandernde Flussläufe) eine höhere Variabilität zeigen. Eine quantitative Untersuchung entlang des Tiroler Lechs bestätigt eine geringere Variabilität entlang der von baulichen Anlagen beeinflussten Flussabschnitte. Insgesamt stützen die Ergebnisse die ursprüngliche Annahme und zeigen einen Zusammenhang zwischen geringer Variabilität und menschlichen Einflüssen. Die Variabilitätsmaße sollten jedoch stets mit Vorsicht betrachtet werden, da z.B. Dateninkonsistenzen, methodische Einschränkungen und Subjektivität bei der visuellen Interpretation vorliegen können. Trotz dieser Einschränkungen ist die Methodik ein vielversprechendes Werkzeug zur Ermittlung von möglichen Renaturierungsgebieten und bietet auch Möglichkeiten zur Überwachung des Erfolgs von Flussrenaturierungen.

This thesis develops a methodology which can contribute to the EU Nature Restoration Regulation's target of improving river connectivity and floodplain functions. It is based on the assumption that low geometric variability in river channels indicates high human influence and reduced connectivity, making such areas potential sites for restoration. The method uses a Digital Terrain Model to automatically calculate two measures: a riverbank variability index and the standard deviation of normalized river widths. These are derived from cross-sectional profiles generated perpendicular to the river axis at regular intervals. The results are stored as vector datasets which can be visualized in a GIS software. The approach is applied to the three Austrian rivers Lech, Traun, and Leitha, ranging across diverse landscapes. Their results show that river sections with visible human modification, such as straightened channels, generally exhibit lower variability, while more natural sections (e.g., braided or meandering) show higher variability. A quantitative assessment along the Tyrolean Lech confirms slightly lower variability along river sections affected by engineering structures. Overall, the findings support the initial assumption, indicating a relationship between low variability and human impact. However, the variability measures should always be treated with caution, as limitations were identified, including data inconsistencies, methodological constraints, and subjectivity in visual interpretation. Despite these limitations, the methodology is a promising tool for identifying restoration sites and monitoring restoration success, with potential for further refinement to improve its reliability and applicability.