Prüfungsfragen
Was Sie Wissen müssen !!!!
Biologische Gewässergüte
Die biologische Gewässergüte (Saprobie) zeigt die Belastung der Fließgewässer mit organischen, biologisch abbaubaren Stoffen an. Saprobie ist der Grad des Abbaus biologisch abbaubarer organischer Stoffe.
Diese werden von Bakterien, Pilzen und Einzellern unter Sauerstoffverbrauch abgebaut. Aber auch die höheren Tiere wie Würmer, Kleinkrebse und Insektenlarven mit ihren unterschiedlichen Ernährungsweisen und Sauerstoffbedürfnissen sind wichtige Indikatoren der Saprobie.
An den 105 Hauptmeßstellen des Landesmeßnetzes in Bayern werden regelmäßig biologische und chemisch-physikalische Untersuchungen durchgeführt. Die biologische Untersuchung erfolgt meist bei Niedrigwasser, wenn sich die Belastungen am stärksten auswirken.An der Probestelle werden die verschiedenen Teillebensräume (z.B. Steine, Holz, Pflanzen, Sand, Schlamm) nach den Gewässerorganismen abgesucht und die gesammelten Tiere (Mikro- und Makroorganismen) bestimmt.
Aus der Häufigkeit der Arten und den spezifischen Saprobiewerten wird dann der Saprobienindex berechnet. Zur Gesamtbeurteilung werden auch die physiographischen Faktoren wie die Sohlbeschaffenheit, die Trübung, schwarze Beläge unter den Steinen oder die Strömungsverhältnisse mitberücksichtigt, denn diese können die Gewässergüte positiv oder negativ mitbeeinflussen.
Die Gewässergüte eines Flusses ändert sich nach einer Abwassereinleitung im Verlauf der weiteren Fließstrecke. Die im Abwasser enthaltenen organischen Schmutzstoffe werden von Bakterien, Pilzen und einzelligen Tieren unter Sauerstoffverbrauch abgebaut. Dadurch "reinigt sich das Gewässer selbst". Je nach Menge und Art des eingeleiteten Abwassers und den Eigenschaften des Gewässers zieht sich die "Selbstreinigung" über mehrere Kilometer hin. Wichtige Faktoren dafür sind in erster Linie die Strömungsverhältnisse, der Sauerstoffgehalt im Wasser, die Wassertemperatur, die Belichtung und die Beschaffenheit des Gewässer-grundes (Schlamm, Sand, Kies, Fels usw.).
Durch den natürlichen Abbau der organischen Stoffe kann schließlich die Gewässergüte II (mäßig belastet) wieder erreicht werden. Eine weitere Besserung ist jedoch nicht möglich, da die gelösten Nährstoffe im Gewässer verbleiben. Selbst unter natürlichen Umständen kann in Unterläufen größerer Gewässer bestenfalls die Güteklasse II erreicht werden. Wenn eine Güteklasse schlechter als II vorliegt, ist das meist auf anthropogene Einflüsse zurückzuführen.
Ändert sich die Gewässerbelastung, indem z.B. eine direkte Abwassereinleitung durch Anschluß an die Kanalisation wegfällt, antworten die Zeigerorganismen auf diese Veränderung, jedoch nicht alle zur gleichen Zeit. Bakterien und Einzeller reagieren innerhalb weniger Stunden, Insektenlarven innerhalb von Wochen oder Monaten. Die Wasserpflanzen brauchen am längsten, z.T. mehrere Jahre.
Neben der klassischen Gewässergütebeurteilung (Saprobie) sind auch die Trophiebewertung und die Ermittlung der Säurezustandskiasse von Bedeutung. Auch hier spielen die Gewässerorganismen als Indikatoren eine zentrale Rolle. Die Eignung der Gewässer zum Baden hat jedoch nichts mit der Gewässergüte zu tun. Sie wird durch die Gesundheitsverwaltung ermittelt.
Im dreijährigen Rhythmus werden die erhobenene Daten in Gewässergütekarten dargestellt. Sie dienen der Erfolgskontrolle und zeigen Handlungsbedarf auf.
Versauerungsindikation in Fließgewässern
Bei der Versauerung kommt es durch säurebildende Schadstoffeinträge aus der Luft zu einer Verringerung des pH-Wertes. Davon sind vor allem die organisch gering oder unbelasteten Gewässeroberläufe betroffen, die in kalkarmen Gebieten liegen und ein schwaches Pufferungsvermögen haben. Die Folge ist eine Verarmung der Artenvielfalt, da sich nur noch säuretolerante Lebewesen auf diese Bedingungen einstellen können. Mit dem Saprobiensystem, bei welchem die sauerstoffzehrenden Prozesse angezeigt werden, kann das Problem der Versauerung nicht erfaßt werden.
Aus diesem Grund wurde für die Beurteilung der Versauerung ein neues Bewertungssystem entwickelt. Für die typischen Arten der sauren Bäche wurden Versauerungszahlen erarbeitet, die die Sensibilität der Arten gegenüber pH-Erniedrigungen und seiner Begleiterscheinungen widerspiegeln. Die Säurezustandsklasse wird auf der Basis der Versauerungszahlen der vorgefundenen Arten oder höheren Taxa ermittelt. Je mehr tolerante Arten vorhanden sind, desto saurer ist der Bach einzustufen.
Die Säurezustandsklassen
I nicht sauer
Der ph-Wert liegt gewöhnlich nicht unter 6,5, meistens bei etwa 7. Die Minima unterschreiten den Wert von 6,0 in der Regel nicht.
II schwach sauer
Schwach sauer mit einzelnen pH-Absenkungen, in der Regel jedoch nicht unter 5,5. Empfindliche Organismen fehlen.
III
periodisch
deutlich sauer
Der ph-Wert liegt normalerweise unter 6,5, in der Regel jedoch nicht unter 4,3. Bei niedrigem (Basis-) Abfluß können Werte längere Zeit, z.B. während sommerlich-herbstlicher Niedrigwasserperioden im neutralen Bereich liegen. Es folgt ein Ausdünnen des Fischbestandes, die pH-Werte sind tödlich für Laich und Fischbrut der Forellenregionen. Es kommen nur säuretolerante Organismen vor.
IVständig
stark sauer
Der pH-Wert liegt in der Regel ganzjährig im sauren Bereich unter 5,5. Die pH-Minima fallen während der Schneeschmelze oder nach Starkregen unter 4,3 und sinken mitunter noch tiefer. Es kommen nur noch wenige Leitorganismen vor. Die pH-Werte sind tödlich für einheimische Fische.
Die Bestimmung der Säurezustandskiasse wird durch Messungen verschiedener Wasserbeschaffenheitsparameter ergänzt. Die wichtigsten sind der pH-Wert, der während der Schneeschmelze kontinuierlich erfaßt wird, das Säurebindungsvermögen sowie Aluminium, das unter stark sauren Verhältnissen freigesetzt wird und toxisch wirkt.
Die versauerungsgefährdeten Gebiete Bayerns liegen im Bayerischen Wald, im Fichtelgebirge und im Spessart. Diese Gebiete wurden von 1983 - 1996 im Rahmen der Sonderuntersuchung "Versauerung oberirdischer Gewässer" besonders intensiv untersucht.
Die Trendanalyse der säureanzeigenden Parameter wie pH, N03, SC>4 u.a. zeigt, daß eine Verbesserung der Versauerungssituation (leichte Erhöhung des pH-Wertes) vor allem im Bayerischen Wald eingetreten ist. Mit dieser Erholung ist gleichzeitig auch die Lebens-gemeinschaft in den betroffenen Gewässern wieder artenreicher geworden.
Im Spessart sind die Gewässer der Säurezustandsklasse 2 (schwach sauer) zuzuordnen, weisen aber immer noch eine verarmte Lebensgemeinschaft auf. Im Fichtelgebirge dagegen sind die Gewässer immer noch ständig stark sauer (Säurezustandsklasse 4) und die Lebensgemeinschaften entsprechend stark verarmt.
Die Trendanalyse der säureanzeigenden Parameter wie pH, N03, SC>4 u.a. zeigt, daß eine Verbesserung der Versauerungssituation (leichte Erhöhung des pH-Wertes) vor allem im Bayerischen Wald eingetreten ist. Mit dieser Erholung ist gleichzeitig auch die Lebensgemeinschaft in den betroffenen Gewässern wieder artenreicher geworden.
Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, daß es noch lange dauern wird, bis das natürliche Pufferungsvermögen der Böden wiederhergestellt ist und die Versauerung der Gewässer nachgelassen hat. Dies kann aber nur dann erreicht werden, wenn die Schadstoff-Immissionen weiterhin eingeschränkt werden oder zumindest auf dem jetzigen Niveau bleiben.
Das Meßprogramm Versauerung oberirdischer Gewässer ist inzwischen als Regionalmeßprogramm fester Bestandteil der Gewässergüteüberwachung geworden.
Im dreijährigen Rhythmus werden Karten der besonders versauerungsgefährdeten Gebiete erstellt und erscheinen zusammen mit der Gewässergütekarte. Die Daten sind bei den zuständigen Dienststellen der Wasserwirtschaftsverwaltung einsehbar.
Trophiebewertung von Seen
Seenbewertung wozu ?
Seenbewertung ist notwendig zur Ermittlung des Handlungsbedarfs bei der Seensanierung. Sie beinhaltet das Erkennen des ökologischen Zustands und der langfristigen Entwicklung von Seen. Zwei Ziele werden damit verfolgt:Erhalt oder möglichst naturnahe Wiederherstellung der Seen als wertvolle Gewässeröko-Systeme und
Gewährleistung umweltverträglicher Nutzungen. Was wird bewertet ?
Das Hauptproblem für unsere Seen stellte in den letzten Jahrzehnten die übermäßige Belastung mit Pflanzennährstoffen (Eutrophierung) dar. Daher konzentriert und beschränkt sich die Seenüberwachung in der Regel auf die Ermittlung und Bewertung der Trophie, da diese als Auswirkung der Nährstoffbelastung unmittelbar sichtbar und
Trophie ist als Intensität der photoautotrophen Primärproduktion im Gewässer definiert. Eutrophierung ist die quantitative Zunahme und qualitative Verlagerung dieser Primärproduktion. Erstere zeigt sich in Seen vor allem im Wachstum (Biomassezunahme) von Phytoplankton, Phytobenthos und Makrophyten, letztere in einer Verschiebung des Arten-spektrums dieser Produzenten. Oligotrophierung ist der umgekehrte Prozeß. Man kann Trophie auch als Summe der Aufbauprozesse im Gewässer bezeichnen. In Seen werden diese Aufbauprozesse besonders deutlich wirksam, da durch die langen Wasseraufenthaltszeiten eine enge Kopplung zwischen Nährstoffgehalt und Produktion besteht.
Wie wird die Trophie ermittelt ?
Notwendig ist eine hinreichend sichere d.h. häufige Untersuchung der Kriterien, welche die Trophie anzeigen (Phytoplankton, Phytobenthos, Makrophyten, Chlorophylla, weitere Pigmente, Sichttiefe) sowie ferner der die Trophie bewirkenden Faktoren (v.a. Nährstoffe Phosphor, Stickstoff, Silicium). Phosphor spielt dabei als limitierender Nährstoff für das Pflanzenwachstum eine besondere Rolle. Das folgende Schaubild zeigt den aktuellen Zustand einer Auswahl größerer bayerischer Seen anhand wesentlicher Trophiekriterien.
Der in Deutschland gebräuchlichste Ansatz zur Trophieklassifikation basiert auf einer OECD Studie. Auf der Grundlage der Kriterien Chlorophyll-a, Sichttiefe, Phosphor-gesamt und Stickstoff-gesamt werden folgende Trophiestufen unterschieden:oligotroph (violett)
geringe Nährstoffbelastung, geringe Algenproduktion, hohe Sichttiefe, ganzjährig hoher Sauerstoff-Sättigungsgrad bis zum Seegrund
mesotroph (blau)
mäßige Nährstoffbelastung, mäßige Algenproduktion, zeitweise Algenblüten möglich, mittlere Sichttiefe, geringe Sauerstoffzehrung im Tiefenwasser und in der Sprungschicht
eutroph (grün)
starke Nährstoffbelastung, hohe Algenproduktion, regelmäßige Algenblüten, geringe Sichttiefe, zeit-weise anaerobe Zustände (totaler Sauerstoffschwund) im Tiefenwasser
polytroph (gelb)
übermäßig hohe Nährstoffbelastung, massive Algenentwicklung oft mit Blaualgendominanz, Sichttiefe nur noch im Zentimeterbereich, übermäßig hohe Sauerstoffzehrung, die den größten Teil des Wasserkörpers erfaßt.
Wie wird die Trophie bewertet ?
Obwohl das Phänomen Trophie klar definiert ist, kann seine Ausprägung jedoch in Abhängigkeit von Lage, Geologie, Topographie, Hydrologie, Morphometrie, Einzugsgebiet, Klima und Stoffkreisläufen variieren. Fin großer geschichteter See wie der Chiemsee ist planktondominiert. Je flacher ein See ist, desto mehr kann sich seine Primärproduktion in Form von Makrophyten und Aufwuchs manifestieren; ist er jedoch trüb oder hat er steile Ufer, muß wieder von Planktondominanz ausgegangen werden, ist er grundwasserbeeinflußt oder stark durchströmt, sieht es unter Umständen wieder anders aus. Die Fülle der Seentypen, welche durch die künstlich geschaffenen noch erheblich erweitert wurde, erforderte bisher vom Untersucher eine individuelle Anpassung verfügbarer Verfahren, um zu einer plausiblen Klassifizierung zu gelangen.
Zur Bewertung der Trophie ist ein Bewertungsmaßstab notwendig. Ein solcher wurde noch nicht allgemeingültig für Seen in Deutschland erarbeitet. Regional- bzw. naturraumtypische Seenleitbilder sind hier dringend erforderlich, um zu einer Bewertung zu kommen. Für den voralpinen Seentyp wird von einem nährstoffarmen Zustand mit geringer Primärproduktion ausgegangen. Daher war das bisherige Güteziel für die Sanierung geschichteter Seen dieser Region mindestens der mesotrophe See. Der Erhalt oligotropher Seen ist ein selbstverständliches Gewässerschutzziel.
Bioindikatoren
für die Nährstoffbelastung von Seen
Bioindikatoren für Nährstoffe
Bioindikatoren für die Trophieklassifikation sind solche Organismen, deren Vorkommen von bestimmten Nährstoffkonzentrationen abhängt bzw. diese toleriert. Daher ist es möglich, vom Vorkommen der Bioindikatoren auf die spezifischen Umweltbedingungen zu schließen.
Die meisten Trophieindikationssysteme beschreiben die Abhängigkeit des Vorkommens von Primärproduzenten (zur Photosynthese befähigte pflanzliche Organismen) vom Phosphorgehalt des Wassers. Je nach Seentyp oder -bereich kennen wir unterschiedliche Organismengruppen, die direkt vom Nährstoffgehalt abhängig sind und auf unterschiedliche Weise die Nährstoffe aufnehmen.
Pelagial (Freiwasserkörper)
Im Freiwasser werden die Nährstoffe (z.B. Phosphor, Stickstoff, Silicium) von planktischen Algen, dem Phytoplankton aufgenommen. In der Bodenzone, dem Profundal, ist aufgrund von Lichtmangel kein Pflanzenwachstum möglich. Die Biomasse und die Artenzusammensetzung des Phytoplanktons lassen Rückschlüsse auf die Nährstoffbelastung zu. Hierdurch wird eine grobe Zuordnung zu den Trophiebereichen (vgl. Themenblatt Trophiebewertung) ermöglicht. Die folgende Abbildung zeigt den jahreszeitlichen Verlauf der Biomasseentwicklung des Phytoplanktons in einem oligotrophen (Lustsee) und einem eutrophen See (Pelhamer See).
Im oligotrophen See finden wir niedrige Biomassen und relativ geringe saisonale Schwankungen. Dominant sind hier oft Kieselalgen, wie in vielen voralpinen Seen. Im eutrophen See werden hohe Biomassen und starke saisonale Schwankungen deutlich. Viele verschiedene Algenklassen wechseln sich ab. Oft sind Grünalgen oder Blaualgen dominant. Verschiedene Bewertungssysteme mit Planktonalgen werden diskutiert, sind aber noch nicht praxisreif. Trotzdem lassen Zusammensetzung, Dynamik und Menge der Planktonalgen Rückschlüsse auf den Trophiegrad zu.
Litoral (Uferzone)
Die Uferzone ist meist mit Makrophyten (mit bloßem Auge sichtbare höhere Wasserpflanzen) bewachsen. Diese erhalten ihre Nährstoffe aus dem Ufersediment, in dem sie wurzeln, können aber auch Nährstoffe direkt aus dem Wasser aufnehmen. Außerdem spielen Aufwuchsalgen, das Phytobenthos, eine wichtige Rolle als Primärproduzenten der Uferzone. Diese sind an Aufwuchssubstrate wie Steine, Sand oder Makrophyten gebunden und nehmen Nährstoffe aus dem umgebenden Wasser auf. Für beide Gruppen existieren inzwischen praxisreife Nährstoffbelastungsindizes. Das Vorkommen besonders aussagekräftiger Indikatorarten einer Untersuchungsstelle ermöglicht die Beschreibung der Nährstoffbelastung.
Abschnitte mit starker Belastung, z.B. die Mündungsbereiche der Zuflüsse, lassen sich deutlich von gering belasteten Abschnitten unterscheiden. Makrophyten integrieren die Umwelteinflüsse, welche an ihrem Standort vorherrschen über einen längeren Zeitraum. Somit wird der Zustand angezeigt, der für einen längeren Zeitraum auf sie einwirkte. Auf Veränderungen der Nährstoffbelastung reagieren Makrophyten langsam in einem Zeitraum von mehreren Jahren. Eine Wiederholungsuntersuchung in größeren Zeitabständen dokumentiert die langfristige Veränderung der Seeufersituation.
Mit Hilfe des Trophieindex auf der Basis der Untersuchung von Aufwuchskieselalgen ist es möglich, auch makrophytenfreie Gewässer oder Uferabschnitte zu bewerten. Darüber hinaus erlaubt diese Methode auch Aussagen zu saisonalen Schwankungen der Uferbelastung, da diese Organismen sehr schnell auf Veränderungen der Nährstoffbedingungen reagieren.
Die Kombination beider Methoden ermöglicht die Bewertung der Nährstoffbelastung des ufernahen Wassers ebenso, wie diejenige der ufernahen Sedimente. Zeigen beide Methoden ähnliche Belastungen an, kann man von einer längerfristig stabilen Nährstoffsituation ausgehen (z.B. Königssee). Bei Unterschieden zeigt meist der Makrophytenindex eine stärker belastete Situation an als der Diatomeenindex (z.B. Walchensee, Chiemsee). Das bedeutet, daß die Nährstoffsituation des Ufersediments noch nicht diejenige des Freiwassers erreicht hat.
Die Untersuchungen dienen der Zustandsbeschreibung und der Dokumentation kurz- und langfristiger Entwicklungen der Seen und sind damit Grundlage für wasserwirtschaftliches Handeln (Sanierung, Restaurierung).
Was prägt die Gewässerstruktur?
Der Steckbrief eines Flusses
Das Ökosystem Fluss besteht aus ganz verschiedenen Bausteinen, die seine Struktur bestimmen:Der Abfluss wird zum Beispiel bestimmt durch Strömungsverhältnisse, Art und Häufigkeit der Überflutungen, Aus- und Einleitungen, Rückstaubereiche und Deiche; der Feststoffhaushalt wird etwa durch die Art und Menge an Geschiebe und Schwebstoffen, durch Erosion und Sedimentation bestimmt;
die Morphologie, die Laufgestalt, wird unter anderem bestimmt durch Breite und Tiefe eines Flusses, den Sohl- und Uferverbau, das Auerelief, mögliche Schwemmfächer, Flutrinnen und Moorkörper;
die Wasserqualität und
die Lebensgemeinschaften, zum Beispiel die Fischarten, die Auwaldtypen oder die begleitende Ufervegetation.
Zurück in die Zukunft
Bayern setzt Maßstäbe im naturnahen Wasserbau
Flüsse und Bäche in Bayern sind so vielfältig wie das Land selbst: Jeder hat seine eigene Dynamik, die sich im Stoffhaushalt, in Flora und Fauna, im Gewässerbett, in der Aue und im Abflussverhalten widerspiegelt. Natürliche Flussläufe fördern die Grundwasserneubildung und halten Hochwasser zurück. Sie erhöhen die Artenvielfalt und die Lebensqualität einer Landschaft. Auwälder sind selten geworden. Als Hochwasser-Rückhalteräume und Lebensraum für bedrohte Arten verdienen sie Schutz und Förderung.
Die bayerische Wasserwirtschaft verbessert stetig die Qualität der Flüsse, indem sie unter anderemkanalisierte Flussabschnitte nach Möglichkeit renaturiert,
natürliche Überschwemmungsgebiete sichert,
die Durchgängigkeit großer Gewässerabschnitte für Organismen und Gesteinsgeschiebe wiederherstellt,
Uferstreifen erwirbt und gewässer typische Uferstrukturen schafft,
die Eigenentwicklung der Gewässer fördert,
Biotope neu anlegt und
stadtnahe Erholung in der Flussaue ermöglicht.
Die natürliche Fluss- und Auenlandschaft Bayerns soll grundsätzlich für Mensch und Natur erhalten oder wiedergewonnen werden. Dazu wurden für alle größeren bayerischen Gewässer neue Pflegekonzepte ausgearbeitet, die ganz individuell auf das jeweilige Gewässer zugeschnittene Lösungen zulassen. Die bayerische Wasserwirtschaftsverwaltung erwirbt Uferstreifen, um Wasser auf natürliche Weise zurückzuhalten, das Land bei Hochwasser vor Erosion zu schützen und nicht zuletzt den Flüssen wieder einen eigenen Charakter zu geben. Seit Ende der siebziger Jahre wurden insgesamt rund 500 Renaturierungsvorhaben für über eine Milliarde DM ausgeführt. Bayern hat damit im naturnahen Wasserbau und bei Renaturierungen internationale Maßstäbe gesetzt.
Stauseen in BayernStaatliche Wasserspeicher sorgen für unser Wohl
Bayerns staatliche Wasserspeicher dienen dem Wohl der Allgemeinheit. Sie schützen die Bevölkerung vor Hochwasser und verbessern bei Trockenheit durch die so genannte Niedrigwasseraufhöhung den Abfluss von Flüssen und Bächen. In Grundwassermangelgebieten sichern sie die Trinkwasserversorgung und ermöglichen - in begrenztem Rahmen - auch die Energiegewinnung.
Der Bau von Wasserspeichern bedingt Eingriffe in Natur und Landschaft. Durch fachübergreifende Planung und ideenreiche Gestaltung ist es jedoch durchwegs gelungen, einen neuen, abwechslungsreichen und gleichwertigen Naturraum zu schaffen. Die Stauseen erfreuen sich daher, nicht zuletzt auch wegen des oft vielfältigen Freizeitangebots, zunehmender Akzeptanz in der Bevölkerung. Eindrucksvolles Beispiel ist das Fränkische Seenland mit seinen fünf Wasserspeichern, eine gelungene Synthese von wasserwirtschaftlichem Leistungsvermögen und großräumiger Naturgestaltung.
Derzeit gibt es in Bayern 23 Stauseen mit einem Gesamtstauraum von 470 Millionen Kubikmetern und 50 Quadratkilometern Fläche bei Vollstau. Sie werden nach ihrer Funktion in Talsperren und Rückhaltebecken eingeteilt: Dämme oder Mauern von
Talsperren schließen den gesamten Talraum ab. Im Speicherbecken wird der Zufluß aus einem Gewässer über längere Zeit gespeichert. Der Sylvensteinspeicher am Oberlauf der Isar ist hierfür ein markantes Beispiel.
Rückhaltebecken wirken wie Puffer. Sie halten nur kurzfristig Hochwasser, die aufgrund außergewöhnlicher Regenfälle entstehen, zurück und mindern somit die Hochwassergefahr.
Ausgangspunkt für den planmäßigen Bau war ein Programm der Obersten Baubehörde im Bayerischen Staatsministerium des Innern. Für die fachliche Beratung und den laufenden Betrieb ist seit 1993 das Bayerische Staatsministerium für Landesentwicklung und Umweltfragen zuständig.