Project

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Transformation toward resilient ecosystems: bridging natural and social sciences (TREBRIDGE)

Applicant Lieberherr Eva
Number 205912
Funding scheme Sinergia
Research institution Institute for Environmental Decisions Natural Resource Policy ETH Zürich
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Interdisciplinary
Start/End 01.06.2022 - 31.05.2026
Approved amount 2'251'622.00
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All Disciplines (7)

Discipline
Interdisciplinary
Economics
Geomorphology
Hydrology, Limnology, Glaciology
Political science
Geology
Other disciplines of Environmental Sciences

Keywords (6)

Watershed Management ; Forest Ecology; Environmental policy; Hydrology and Erosion; Values of nature; Nature-based solutions

Lay Summary (German)

Lead
Der Mensch hat die Einzugsgebiete der Gewässer im Alpenraum jahrhundertelang zwecks Erosions- und Hochwasserschutz bewirtschaftet, um sich vor Naturkatastrophen wie Lawinen, Erdrutschen und Überschwemmungen zu schützen. Dabei wurden viele Rückhaltedämme in den Bächen errichtet und Freiflächen im Wald mit Monokulturen bepflanzt. Deshalb sind heute grosse Flächen mit artenarmen, gleichmässig alten Nadelwäldern bedeckt und kanalisierte Bäche werden durch Rückhaltedämme und künstliche Ufer kontrolliert. Zahlreiche Strassen dienen der Waldbewirtschaftung und der Erschliessung dieser Infrastruktur.
Lay summary

Die Instandhaltung der Infrastruktur in Gebirgslandschaften erfordert hohe finanzielle Investitionen. Der heutige unnatürliche Zustand dieser Einzugsgebiete weckt Bedenken hinsichtlich der Qualität und Resilienz der betroffenen Ökosysteme. Unter resilienten Ökosystemen verstehen wir natürliche Systeme wie Wassereinzugsgebiete, die in der Lage sind, Stresssituationen wie plötzliche Ereignisse (z. B. Erdrutsche, Überschwemmungen) und langsam eintretende Ereignisse (z.B. Klimawandel, Dürren) zu widerstehen oder sich schnell davon zuerholen. Unter diesen Gesichtspunkten wird eine Rückkehr zur Bewirtschaftung von Schutzleistungen mittels natürlicheren, resistenzfähigeren Ökosystemen angestrebt.

Erst in jüngster Zeit haben Wissenschaft und Praxis die Frage gestellt, ob stark bewirtschaftete Gebirgs-Einzugsgebiete im Kontext des Klimawandels und zunehmenden Extremereignissen zukunftsfähig sind. Doch die Umwandlung des jetzigen Zustands in resilientere, naturnahe Ökosysteme bleibt eine Herausforderung. Die derzeitige Politik sowie die daraus abgeleiteten Massnahmen für Gebirgs-Einzugsgebiete und die Bewirtschaftungspraktiken haben sich als weitgehend erfolglos erwiesen, wenn es darum geht, die Anforderungen des Hochwasserschutzes mit jenen der Flussdynamik, des aquatischen und terrestrischen Lebensraums und der menschlichen Nutzung nachhaltig zu verbinden.

Ziel dieses Projekt ist es, Politik- und Managementansätze für Einzugsgebiete und Wälder im Alpenraum zu identifizieren, die folgendes gewährleisten: (1) Resilienz der Gebirgs-Ökosysteme bei der Bewältigung von Extremereignissen und (2) Erfüllung gesellschaftlicher Bedürfnisse bezüglich der Nutzung natürlicher Ressourcen und der Schutzleistungen.

Fachpersonen aus den Bereichen Geologie, Geomorphologie, Hydrologie, Ökologie, Ökonomie und Politikanalyse arbeiten zusammen, um die Funktionsweise der Einzugsgebiete und Wälder sowie die Politik und Managementansätze in drei Schweizer Regionen mit unterschiedlichem Naturgefahrenrisiko, Flussbau und Waldbewirtschaftung ganzheitlich zu betrachten. Durch einen strukturierten Prozess kombinieren wir die unterschiedlichen disziplinären Perspektiven, um kohärente Forschungs­ergebnisse und vielseitig anwendbare Syntheseprodukte zu erzielen. In enger Zusammenarbeit mit lokalen Interessengruppen entwickeln wir Politik-und Managementoptionen für den Wandel hin zu widerstandsfähigen Ökosystemen.

Mit einem inter- und transdisziplinären Ansatz gehen wir die Herausforderung an, Gebirgs-Einzugsgebiete zu widerstandsfähigen Ökosystemen umzugestalten, die den heutigen und zukünftigen gesellschaftlichen und ökologischen Bedürfnissen gerecht werden.
Wir analysieren geomorphologische Prozesse, Vegetationsdynamik, monetäre und nicht-monetäre Werte der Natur sowie die Wahrnehmungen von Individuen und kollektiven Akteuren, wie Gemeinden und Umweltorganisationen, und entwickeln darauf aufbauend Empfehlungen für Politik- und Managementmassnahmen.

Inhalt und Z

Direct link to Lay Summary Last update: 26.04.2022

Responsible applicant and co-applicants

Project partner

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
147689 SEDFATE:Sediment fate in a changing watershed during the Anthropocene 01.02.2014 Sinergia
193762 Evidence-based Transformation in Pesticide Governance 01.01.2021 Sinergia
144326 Seasonal slope response in an active debris flow catchment 01.06.2013 Project funding
172366 Challenges and Opportunities of Modular water Infrastructures for Greening the Swiss Economy (COMIX) 01.01.2018 NRP 73 Sustainable Economy
188882 Embracing structural uncertainty in models of forest dynamics 01.07.2020 Project funding
172388 Analyzing TRade-offs in forests between sustainable Economy and Environmental objectives (ATREE) 01.03.2018 NRP 73 Sustainable Economy
165979 Forecast and warning concept for landslides in Switzerland based on rainfall triggering thresholds and multiscale hydrological modelling 01.10.2016 Project funding

Abstract

Humans have engineered Alpine watersheds for centuries for erosion and flood control by constructing check dams in streams and replanting clear-cuts with monoculture. Consequently, large areas are now covered by single-species, even-aged coniferous forests, channelized streams controlled by check dams and artificial banks and numerous roads to access check dam sites and forest resources. These landscapes require large investments for maintaining the check dam infrastructure and forest operations. This infrastructure leads to an unnatural state of these watersheds, raising concerns about ecosystem quality and resilience. We understand resilient ecosystems as natural systems, such as watersheds, that are able to withstand or recover quickly from stressed conditions, such as sudden events (e.g. landslides, floods) and slow onset events (e.g. climate change, droughts). Only recently have science and practice begun to question whether highly managed Alpine watersheds yield the intended net benefits. Although there has been progress in terms of good practice and standards for ecological restoration, transforming the current infrastructure-heavy state toward more resilient ecosystems remains a challenge. Current watershed policy and management practices have been largely unsuccessful in sustainably combining the requirements of flood protection with river dynamics, aquatic habitat, and human uses.We address this challenge of transforming watersheds toward resilient Alpine ecosystems to meet societal and ecological needs through an inter- and transdisciplinary approach. We will analyze geomorphic processes, vegetation dynamics, economic and non-economic values of nature as well as perceptions of individuals and collective actors such as municipalities and environmental organizations. We aim to identify watershed and forest policy and management approaches that ensure: (1) resilience of Alpine ecosystems in coping with extreme events and (2) meeting societal needs for the use of natural resources and ecosystem protection.The project is organized in five work packages (WPs), assembling inter- and transdisciplinary scholars, geologists, geomorphologists, hydrologists, ecologists, economists and policy analysts to take a holistic view on watershed and forest functioning as well as policies and management practices in three Swiss Alpine regions that have different levels of natural hazard risk, river engineering and forest management. Through a structured process of science integration in WP 1, we combine different disciplinary perspectives involved in the project to attain cohesive research results and tailored synthesis products. In close collaboration with this science integration, we develop and assess scenarios in WP 2 through a participatory process. Through this process we engage with stakeholders and project partners over the course of the entire project to co-develop policy and management options for a transformation toward resilient ecosystems. While we set the parameters for the scenarios together with stakeholders in WP 2, the natural and social science research in WPs 3-5 provides the content for the scenarios, accordingly: In WP 3, we quantify the erosion and the sediment cascade in the three case study regions using sediment-tracing techniques. In WP 4, we assess whether and how different forest management practices have an impact on sediment production and transfer in the case study regions, using a combination of field and numerical experiments, calibrated with the tracer data from WP3. In WP 5, we further contribute to the scenario development by drawing on the quantitative findings from WPs 3 and 4 to assess the economic and non-economic values of material and non-material Alpine resources based on societal preferences. We thus expect to provide a new level of integration across disciplines and between science, practice and society to tackle one of the most important land management challenges - increasing the resilience of heavily managed Alpine regions to meet societal and ecological needs - of heavily engineered landscapes in European mountain regions.
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