Institut für Umweltwissenschaften, Universität Koblenz-Landau, Campus Landau

HYDROSPHÄRE – FLIESSGEWÄSSERII. MASSNAHMEN + ERFOLGE

Lehrveranstaltung Wintersemester 2011

Referentin: Mäggi Hieber

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NUTZUNGEN UND BELASTUNGEN

3

ANTHROPOGENE BELASTUNGEN

Stoffliche Belastungen

● Wasserentnahme● Abflussregulierung● Morphologische

Veränderungen

Thermische Belastungen

● Wassereinleitung

Folgen

Massnahmen

● Nährstoffe● Pflanzenschutzmittel● BSB, CSB● Prioritäre Stoffe

z.B. Arzneimittel, Schwermetalle

Hydromorphologische Belastungen

4

GLIEDERUNG STOFFLICHE BELASTUNG

Hydromorphologische Belastungen + Folgen

Thermische Belastungen + Folgen

Massnahmen und Erfolge Massnahmen: Hydromorphologische + Thermische

Belastungen Bsp. Rhein

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HYDROMORPHOLOGISCHE BELASTUNGEN

WASSERENTNAHMEABFLUSSREGULIERUNG +

MORPHOLOGISCHE VERÄNDERUNG

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HYDROMORPHOLOGIE

Hydromorphology: The physical characteristics of the shape, the boundaries and the content of a water body.

2000/60/EG

Hydromorphologische Komponenten: Wasserhaushalt

Abfluss und Abflussdynamik, Verbindung zu Grundwasserkörpern;

Durchgängigkeit des Flusses (Feststoff-transport)

Morphologische Bedingungen (Gewässer-struktur) Tiefen- und Breitenvariation, Struktur und Substrat des Flussbetts, Struktur der Uferzone.

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BELASTUNGSSCHEMA

Umweltbundesamt Texte 02/04

Wasser-haushalt

Gewässer-struktur

+Durch-

gängigkeit

8

WASSERENTNAHME

Industrielle Nutzung Konsum

EnergieerzeugungLandwirtschaftliche Bewässerung

WASSER

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WASSERENTNAHME: BEISPIEL RHEIN

Bodensee-Rhein AWBR173 Mio m³/a └ 135 Mio m³/a Ba-Wü └ 120 Mio m³/a Neckar-Raum

Lek, Deltarhein NL RIWA160 Mio m³/a

Trinkwasserversorgung im Rheineinzugsgebiet

Internationale Arbeitsgemeinschaft der Wasser-werke im Rheineinzugsgebiet IAWR

Sechs Anrainerstaaten A, CH, FL, F, D, NL

Dachorganisation der AWBR, ARW+ RIWA

Rd 120 Wasserwerke für 30 Mio. Menschen

www.iawr.org

Rheinwasserwerke ARW ? Mio m³/a

Jahresabfluss71,6 Mrd. m³/a39,8 Mrd. m³/a10,6 Mrd. m³/a

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WASSERENTNAHME: BEISPIEL RUHR

Ruhr

271 km Länge

4'500 km² Nieder-schlagseinzugsgebiet

mittlere Wasser-führung bei Ein-mündung in den Rhein: rd. 80 m3/s (2500 m³/a)

in Trockenzeiten: bis 3,5 m³/s (110 m³/a)

Trinkwasserver-sorgung von über 5 Mio. Menschen

www.ruhrverband.de

11

WASSERENTNAHME: BEISPIEL RUHR

www.ruhrverband.de

1913: Gründung des Ruhrverbandes1913: Gründung des Ruhrverbandes

87 Wasserwerke87 Wasserwerke

Entnahme von rd. 275 Mio. m³/a WasserEntnahme von rd. 275 Mio. m³/a WasserRück-Einleitung von 56 Mio m³/a AbwasserRück-Einleitung von 56 Mio m³/a Abwasser

⇒⇒ Wassermangel, Austrocknung des FlussbettesWassermangel, Austrocknung des Flussbettes

⇒⇒ Bau von insg. 8 Talsperren und 5 StauseenBau von insg. 8 Talsperren und 5 Stauseen

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WASSERENTNAHME

Wasserentnahme in Deutschland (Mrd. m³)

Nutzen:430 m³/Jahr*Person1'179 l/Tag*Person

Verfügbarkeit:2'2786'214

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WASSERENTNAHME GLOBAL

14

ABFLUSSREGULIERUNG +MORPHOLOGISCHE VERÄNDERUNG

15 www.lpb.bwue.de

DER RHEIN UM 1800zwischen Basel und Mainz

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RHEINKORREKTUR

Begradigung des Oberrheins durch Ingenieur Tulla ab 1817

"... der schreckliche Feind, der nicht nachlässt zu toben, bis er nicht Land und Leute verdorben hat."

Chronist des 19. Jhdt.

"... in kultivierten Ländern die Bäche, Flüsse und Ströme Kanäle sein und die Leitung der Gewässer in der Gewalt der Bewohner stehen.“

Tulla 1812

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RHEINKORREKTUR: OBERRHEIN

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Rheinkorrektur (nach Tulla, ab 1818)Hochwasserschutz Landgewinnung für Landwirtschaft + SiedlungenKrankheitsbekämpfungSchifffahrt

Rheinregulierung: Rheinseitenkanal mit Staustufen (Grand Canal d'Alsace, ab 1929)WasserkraftnutzungBekämpfung der Tiefenerosion

Schlingenlösung mit Staustufen (1961-1970)WasserkraftnutzungGrundwasserstabilisierung

Bau von Staustufen im Rhein WasserkraftnutzungBekämpfung der Sohlenerosion

RHEINKORREKTUR: PHASEN + ZIELE

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RHEINKORREKTURFOLGEN: TIEFENEROSION

IKSR 1994

Veränderung der Rheinsohle nach der Korrektur

Folgen:

Tiefenerosion

Rheinseitenkanal + Staustufe zur Reduzierung der Fliess-geschwindigkeit

ab 1978 Geschiebezugabe

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BegradigungVerkürzung des Flusslaufs: Oberrhein um 80 km!

Erhöhung der Fließgeschwindigkeit

Höhere Transportkraft

Verstärkte Sohlenerosion: ~ 7 cm/Jahr, heute 7 m tiefer!

Absenkung des Grundwasserspiegels (ab 1850)

Austrocknung (Versteppung) der südlichen Oberrhein-Ebene

Veränderung der Vegetation

RHEINKORREKTUR FOLGEN

21

RHEINKORREKTURFOLGEN: GRUNDWASSERSTÄNDE

Bürgerinitiative Grundwasser Kaarst e.V.

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RHEINKORREKTUR: AUEN

BMU 2009

Die morphologische Aue

der flussbegleitende Bereich, der natürlicher-weise von mehr oder weniger regelmäßig wiederkehrenden Überflutungen geprägt wurde und heute von einem Hochwasser theoretisch erreichbar wäre, wenn keine Maß-nahmen zum Hochwasserschutz, wie z. B. Deiche, existieren würden.

Rezente Aue: noch überflutbare Bereiche (Deichvorland)

Altaue: vom Überflutungsregime abgetrennte Areale (Deichhinterland)

Rhein-dürkheim

Kühkopf-Knoblochsaue

Worms

23 BMU 2009

FOLGEN: VERLUST VON ÜBER-SCHWEMMUNGSFLÄCHEN

Aktuell können noch rund ⅓ der ehemaligen Überschwemmungs-flächen von Flüssen bei großen Hochwasser-ereignissen überflutet werden.

An Rhein, Elbe, Donau und Oder sind nur noch 10-20 % der ehemaligen Auen vorhanden.

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FOLGEN: AUENZUSTAND

BMU 2009Oberrhein, KarlsruheOberrhein, Karlsruhe

Ballungsgebiet Rhein-NeckarBallungsgebiet Rhein-Neckar

Auenzustand

Auenzustand

Auenverlust

Auenverlust

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FOLGEN: ABLUSSGANGLINIE

IKSR 1994

Abflussganglinie des Rheinhochwassers Mrz/Apr 1988

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BegradigungVerkürzung des Flusslaufs: Oberhein um 80 km!

Zerstörung des Auenwaldes + Habitatverlust

Wegfall natürlicher Retentionsflächen

Verschärfung des Hochwasserabflusses: BS→MA 80 statt

früher 110 h!

RHEINKORREKTUR: FOLGEN

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QUERBAU-WERKE

Querbauwerke:Wehre, Talsperren, Regelungsbauwerke, Hochwasserrückhaltebecken,Wasserkraftanlagen, Sohlbauwerke

MUNLV 2005

28

FOLGEN: STAUSTUFEN WASSERKRAFTBSP. MOSEL

1951 Staustufe Koblenz

1964 Eröffnung Gross-schifffahrt auf der Mosel

1974 12,2 Mio. t Güter-verkehr / Jahr

161 m Höhenunterschied

28 Staustufen (F, L, D)

IKSR 1994Staustufe Koblenz

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FOLGEN: STAUSTUFENNIEDERGANG DER LACHSPOPULATION

www.lachsverein.de

1885 Rhein wichtigster Lachsfluss Europas (250.000 Lachse/a)

1887 Erster Besatz mit Lachssetzlingen in die Ruhr

1917 Festlegung von Winterschonzeiten zum Schutz des Lachses

1950 Keine Lachsfänge mehr im gesamten Rheinsystem

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FOLGEN: STAUSTUFENNIEDERGANG DER LACHSPOPULATION

Reduzierung und Vernichtung der Laichgebiete

gestörte Durchgängigkeit, Unterbrechung der Wanderwege

Vernichtung abwandernder Junglachse durch Turbinen

Überfischung durch veränderte Fangtechniken

Wasserverschmutzung durch industrielle + kommunale Abwässer

Der Salm

Ein Rheinsalm schwamm den Rheinbis in die Schweiz hinein.

Und sprang den Oberlaufvon Fall zu Fall hinauf.

Er war schon weißgottwo,doch eines Tages - oh! -

da kam er an ein Wehr:das maß zwölf Fuß und mehr!

Zehn Fuß - die sprang er gut!Doch hier zerbrach sein Mut.

Drei Wochen stand der Salmam Fuß der Wasser-Alm.

Und kehrte schließlich stummnach Deutsch- und Holland um.

Christian Morgenstern

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FOLGEN: GEWÄSSERSTRUKTURGÜTE

2001

www.umweltbundesamt.de

Zustandserhebung / -bewertung für 6 Hauptparameter:

Laufentwicklung

Längsprofil

Querprofil

Sohlenstruktur

Uferstruktur

Gewässerumfeld

32

FOLGEN: GEWÄSSERSTRUKTURGÜTE

2001

Hydrologischer Atlas 2004 www.umweltbundesamt.de

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THERMISCHE BELASTUNGEN

KÜHLWASSEREINLEITUNG

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THERMISCHE BELASTUNG: FOLGEN

BUND 2009

Wasser“verbrauch“ von Kraftwerken

Typ Durchlauf-kühlung

Kühlturm Bsp. MW

Konventionelles Kohlekraftwerk:

1,2 l/kWh 2,6 l/kWh 1130 Steinkohlekraftwerk

Heilbronn

Öl- und Erdgaskraftwerk:

1,1 l/kWh 2,6 l/kWh 440Edgaskraftwerk BASF

Atomkraftwerk (Leichtwasserreaktor):

3,2 l/kWh 1392KKW Philippsburg 2

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THERMISCHE BELASTUNG: FOLGENBSP. MAIN

BUND 2009

Einleiter Abwärme (MW)

AKW Grafenrheinfeld ca. 200

E.ON – KW Staudinger 264

Industriepark Fechenheim 12

Industriepark Offenbach 5

EVO – Kraftwerk Offenbach 24

Mainova – Heizkraftwerk West 114

Mainova – Heizkraftwerk Niederrad 28

Industriepark Griesheim 8

Industriepark Höchst 73

Adam Opel AG (Rüsselsheim) 20

SCA Hygiene Products GmbH Wiesbaden

4

Summe (2003) 752

Wassertemperaturen (°C, Tagesmittel) im Längsverlauf des Mains, 13.8.2003

36

THERMISCHE BELASTUNG

Reinartz 2007

Ablaich- / embryonale Entwicklungstemperaturen(Optimal- und Extremwerte)

37

THERMISCHE BELASTUNG: FOLGEN

Nachweiszahlen Lachs + Meerforelle, Staustufe Iffezheim

BUND 2009

ab 23°C Abnahme der Wanderaktivitätenab 24–25°C vorübergehender Stopp der Wanderaktivitäten

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MASSNAHMEN + ERFOLGE

HYDROMORPHOLOGISCHE + THERMISCHE

BELASTUNGEN

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MASSNAHMEN: MORPHOLOGISCHE VERÄNDERUNGEN

Wiederherstellung der Durchgängigkeit Fischaufstiegs- und -abstiegsanlagen

Rückbau von Querbauwerken

Fischschutz Barrieren

Fischschonende Wasserkraftmaschinen

Renaturierung, Gewässerrückbau, Auenreaktivierung

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MASSNAHMEN: KÜHLWASSER-ENTNAHME + -EINLEITUNG

Wärmelastplan Tideelbe 2008

Abwärmeeintrag in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration im Gewässer

Sauerstoffkonzentration im Gewässer < 6 mg O2/l

lineare Drosselung Abwärmeeintrag

Sauerstoffkonzentration im Gewässer < 3 mg O2/l K

Kühlwassereinleitung unzulässig!

41

MASSNAHMEN: KÜHLWASSER-ENTNAHME + -EINLEITUNG

WÄRMELASTPLANImmissionsansatz (nur für Großemittenten > 250 MW bzw. >125 MW)

Maximal zulässige Gewässertemperatur nach Einleitung: 28,0 °CMaximal zulässige Aufwärmspanne ∆T im Gewässer: 3,0 KMindestsauerstoffkonzentration im Gewässer: 3,0 mg O

2/l

Zielwert der Sauerstoffkonzentration im Gewässer: 6,0 mg O2/l

EmissionsansatzKühlwassertemperatur maximal: 30,0 °CAufwärmspanne ∆T des Kühlwassers maximal: Sommer 6,0 Winter 7,5 KSauerstoff im eingeleiteten Kühlwasser: 6,0 mg O

2/l bzw. 80,0 %

KÜHLWASSERMENGENPLANBegrenzung der nutzbaren Entnahme von Kühlwasser für Großent-nehmer (≥ 5m3/s) in Abhängigkeit vom aktuell zur Verfügung stehenden Abfluss bzw. Oberwasserdargebot.

Bsp. KKW Phillipsburg (926 / 1468 MW)

42

EU WASSERRAHMENRICHTLINIEWASSER KENNT KEINE GRENZEN!

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EUROPÄISCHE WASSERRAHMEN-RICHTLINIE 2000/60/EG (EG-WRRL)

Schaffung eines Rahmens für den Schutz:- der Binnenoberflächengewässer- des Grundwassers- der Übergangsgewässer und- der Küstengewässer.

Ziel ist es, bis 2015 einen guten ökologischen und chemischen Zustand aller Gewässer in der Gemeinschaft zu erreichen.

44

EG-WRRL: ART. 1 ZIELE

Vermeidung einer weiteren Verschlechterung sowie Verbesserung des Zustands der aquatischen Ökosysteme,

Förderung einer nachhaltigen Wassernutzung auf Grund-lage eines langfristigen Schutzes der Ressourcen,

Anstrebens eines stärkeren Schutzes und einer Verbesserung der aquatischen Umwelt,

Sicherstellung einer schrittweisen Reduzierung der Verschmutzung

Beitrag zur Minderung der Auswirkungen von Überschwemmungen und Dürren.

45

[ Gewässer bilden mit ihrem Einzugsgebiet eine Einheit.

Umsetzung der WRRL durch Kommissionen mit Vertretern der am Flussgebiet beteiligten Staaten/Regionen,z. B. "Internationale Kommission zum Schutze des Rheins (IKSR)“

EG-WRRL: FOKUS AUF FLUSSEINZUGSGEBIETE

46

[ Grundwasser, Oberflächenwasser, Auen und Küsten-gewässer stehen in Wechselwirkung miteinander.

[ ökologische Funktion der Gewässer als Lebensraum für unterschiedliche Pflanzen und Tiere.

EG-WRRL: ÖKOLOGISCHE FUNKTION DER GEWÄSSER

47

EG-WRRL: ZEITPLAN

Erlass der Rechts- und Verwaltungsvorschriften der Mitgliedsstaaten

Dez '2003

Dez '2004

Dez '2006

Dez '2009

Dez '2012Dez '2015

Bestandes-aufnahmen

Monitoring-Programme zur Überwachung der Gewässerqualität

Erstellung von Massnahmenprogrammen

Umsetzung der Massnahmenprogramme Verwirklichung

des „guten Zustandes“

Maximale Verlängerung zur Verwirklichung des „guten Zustandes“ um 2mal 6 Jahre bis höchstens 2027.

48

EG-WRRL: STELLT QUALITÄTSZIELE AUF

] Festlegung spezifischer hydromorphologischer, physika-lisch-chemischer und biologischer Referenzbedingungen (= sehr guter ökologischer Zustand) für jeden Gewässertyp.

49

EG-WRRL: QUALITÄTSKOMPONENTEN

Qualitätskomponente Fiess-gewässer

Seen Übergangs-gewässer

Küsten-gewässer

Biologische Qualitätskomponente

Phytoplankton X X X X

Makrophyten / Phytobenthos X X X X

Makroinvertebraten X X X X

Fische X X X

Hydromorphologische Qualitätskomponente

Durchgängigkeit X

Wasserhaushalt X X

Morphologie X X X X

Tideregime X X

Chemisch-physikalische Qualitätskomponente

Allg. chem.-phys. Parameter X X X X

Spezifische Schadstoffe X X X X

50

Gesamtbewertung derOberflächengewässer (Fliessgewässer) gemäss EG-WRRL in Hinsicht auf Ziel-erreichung

EG-WRRL: BESTANDESAUFNAHME RLP

Gewässer in Rheinland-Pfalz. Die Bestandesaufnahme nach der Europä-ischen Wasserrahmenrichtlinie. 2005

51

EG-WRRL: NENNT METHODEN, UM EINE GUTE WASSERQUALITÄT ZU ERHALTEN.

(...)

52

EG-WRRL: MASSNAHMENPROGRAMM RLP

SGD Süd. Informationsveranstaltung WRRL 2009.

53

MASSNAHMENPROGRAMM „AKTION BLAU“

Hauptziele

Wiederherstellung der ökologischen Funktionsfähigkeit der Gewässer

Nachhaltige Hochwasservorsorge durch natürlichen Hochwasserrückhalt

Integration anderer Belange des All-gemeinwohls

54

ERFOLGE

55

ERFOLGE: BEISPIEL RHEIN

Einzugsgebiet in 9 Ländern

1950: Internationale Kommission zum Schutze des Rheins IKSR (CH, F, D, NL, L, EU + FL, A, BE, I)

56

ERFOLGE: BEISPIEL RHEIN

1986: Brandkatastrophe Sandoz, Schweizerhalle, Basel. Ca. 20 Tonnen hochgiftige Pestizide fliessen in den Rhein, → verheerendes Fisch- und Kleintiersterben.

1987 IKSR Aktionsprogramm Rhein: „... besondere Aufmerksamkeit muss dem gesamten Bereich des Umgangs mit gefährlichen Stoffen gewidmet werden.“

57

ERFOLGE: BEISPIEL RHEIN

1986

2000

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20011950 2015

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20081969

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58

ERFOLGE: BEISPIEL RHEIN

1985 1990 1995 20000

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

0

100

200

300

400

500

600Jahresfrachten (t) des Rheins

Ammonium-NPhosphorAOXZinkBleiChromCadmiumQuecksilberJahre

Bel

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in t

(N, P

, AO

X, Z

n)

Bel

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b, C

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d, H

g)

59

ERFOLGE: BEISPIEL RHEIN

60

ERFOLGE: BEISPIEL RHEIN

Entwicklung der Lebensgemeinschaft und des mittleren Sauerstoffgehaltes im Rhein

n Egel n Strudelwürmer n Süßwasserschwämme– Sauerstoffgehalt

www.iksr.org

n Moostieren Insektenn Weichtiere n Krebse

61

ERFOLGE: RÜCKKEHR LACHSRHEINLAND-PFALZ

www.lachsverein.de

Wieslauter: Projektstart mit Lachsbe-satz 2004; Projektnachbar: Frankreich (Region Elsass).

Nette (Rheinsystem) kein Besatz; Na-turvermehrung seit 2000 durch Streuner.

Moselsystem: Prüm: Lachsbesatz in der Prüm, Nims, Enz; Projektstart1996; Kyll: Projektstart 1998, Gewässer mit Lachsbesatz; Elzbach: Projektstart: 2005; Lachsbesatz. Wegen Wanderhin-dernissen in der Mosel sind keine Rück-kehrer zu erwarten. Diese werden an der Kontrollstation Koblenz erfasst.

Saynbachsystem: Projektstart 1994Lachsbesatz: Saynbach, Brexbach; natürliche Vermehrung seit 1999/2000; Sehr wahrscheinlich bereits natürlich aufgekommene Rückkehrer. Durchgän-gigkeit seit 2008 wieder hergestellt.

Lahnsystem: Besatz seit 1994; Lachs-besatz: Mühlbach; Staustufe Lahnstein ist unpassierbar. Weil und Dill: siehe Projekt Hessen

Nahe: Eine Besatzmaßnahme in 2004.

Rückkehrer (Stand 2008) in Rheinland-Pfalz: 518 adulte Lachse; Naturvermeh-rung: Kontrollen in einigen Gewässersyste-men des Nieder- und Mittelrheins (Sieg, Saynbach, ggf. Ahr) lassen vermuten, dass 5 bis 20% der Rückkehrer (2007/2008) von im Freiland geborenen Wildlingen abstam-men. 2007 wurden ca. 100 Laichgruben dokumentiert. 2008: bisher umfangreichste Naturvermehrung. In Saynbach, Nister und Sieg waren rund 80% der erreichbaren Rauschen von Wildlingen besiedelt.

Ahrsystem: weiträumig wiederherge-stellte Durchgängigkeit. Besatz seit 1995; natürliche Fortpflanzung seit 1999/2000.

Siegsystem – größtes Pilotgewässer: Projektstart 1994; Lachsbesatz: Sieg, Nister, Kleine Nister, Wisserbach, Elb-bach, Holperbach, Heller, Daade, As-dorf; natürliche Vermehrung seit 1998 /1999. Projektnachbar: NRW (Unterlauf /Oberlauf der Sieg, Oberläufe von Wisserbach, Heller, Asdorf). Lachsbesatz: oberes und unteres Siegeinzugsgebiet; Heller.