Monitoring der räumlichen und zeitlichen Veränderungen des Schadstoffinventars von Fließgewässern Fall Rhein und Fall Elbe

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Nicolas Gärtner
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1 Monitoring der räumlichen und zeitlichen Veränderungen des Schadstoffinventars von Fließgewässern Fall Rhein und Fall Elbe Martin Keller und Evelyn Claus Bundesanstalt für Gewässerkunde Koblenz

2 Inhalt des Vortrages Im Schwerpunkt: partikulär gebundene Schadstoffe Am Beispiel des Schwermetalls Quecksilber werden verschiedene Monitoringstrategien und resultierende Ergebnisse vorgestellt Ergebnisse von Rhein (Teil 1) und Binnenelbe (Teil 2) Teil 1 Fall Rhein Messprogramm: Schwebstoffe Trendmonitoring Gelöst und partikulär Sedimente Biota - UQN Teil 2 Fall Elbe Messprogramm: Sedimente und Schwebstoffe Trendmonitoring Flussgebietsmanagement Ereignisbezogenes Monitoring Gelöst und partikulär

3 Quecksilber: Qualitätskriterien/ -normen LAWA-Güteklasse II für Sediment/Schwebstoff:,8 mg/kg (TM) Zielvorgabe IKSE für Sediment/Schwebstoff:,8 mg/kg (TM) Zielvorgabe IKSR für Sediment/Schwebstoff:,5 mg/kg (TM) Kriterium IKSR-Sedimentmanagementplan: 2 mg/kg (TM) Höchstmenge nach Lebensmittelrecht: 1 mg/kg (bezogen auf Aal, Hecht und Barsch) Grenzwert der TrinkwasserVO: 1 µg/l Umweltqualitätsnorm für Biota nach Richtlinie 28/15/EG: 2 µg/kg (FG) Umweltqualitätsnorm für gelöstes Hg: 5 ng/l (JD) bzw. 7 ng/l (ZHK)

4 Teil 1 Fall Rhein

5 Quecksilber in Schwebstoffen - Trend Daten aus dem Schwebstoffmessprogramm der IKSR Gewinnung der Proben mittels Durchflusszentrifugen 1,6 1,4 1,2 Spezifische Hg-Belastung der Rheinschwebstoffe - zeitlicher und räumlicher Verlauf Weil a. Rh. Koblenz Lobith Hg in mg/kg 1,8,6,4, LAWA-Gütekl. II

6 Quecksilber in Schwebstoffen - Trend Spezifische Hg-Belastung der Schwebstoffe des Rheins bei Koblenz - Vergleich 1979 und Potenziell (1979) Hg in mg/kg Abfluss in m³/s

7 Quecksilber in Schwebstoffen Hg in mg/kg,5,45,4,35,3,25,2,15,1,5 Spezifische Hg-Belastung der Schwebstoffe des Rheins bei Koblenz in 28 und Potenziell (28) Potenziell (29) Abfluss in m³/s

8 Quecksilber gelöst partikulär (29-21) Koblenz/Rhein: Gleichzeitige Probenahme von Wasser und Schwebstoffproben: Verlauf der gelösten und partikulär gebundenen Hg-Konzentration 1 25 Schwebstoff 9 8 Hg gelöst Schwebstoff in mg/l Hg-Gehalt in ng/l 5 Wert der halben Bestimmungsgrenze = 1 ng/l

9 Quecksilber gelöst partikulär (29-21) Koblenz/Rhein: Verlauf der gelösten und partikulär gebundenen Hg-Konzentration Schwebstoff Hg gebunden Hg gelöst Schwebstoff in mg/l Hg-Gehalt in ng/l 5

10 Quecksilber gelöst partikulär (29-21) Koblenz/Rhein: Verlauf der gelösten und partikulär gebundenen Hg-Konzentration Schwebstoff Hg gebunden Hg gelöst Summe Schwebstoff in mg/l Hg-Gehalt in ng/l 5

11 Quecksilber gelöst partikulär (29-21) 1% 8% % Hg gel % Hg part Messstelle Koblenz/Rhein 6% 4% 2% % Einheit Minimum Maximum Median Hg gesamt ng/l < Hg gelöst ng/l < 2 5 < 2 Anteil gelöst an Gesamtkonzentration %

12 Quecksilber in Sedimenten Bestandsaufnahme im Rahmen des IKSR-Sedimentmanagementplanes (Messung in der Fraktion < 2 µm) 5, Hg in Sedimenten längs des Rheins ( ) 5,6 4,5 4, Hg in mg/kg 3,5 3, 2,5 2, 1,5 Kriterium IKSR-Sedimentmanagementplan 1,,5, Rhein-km Hochrhein Oberrhein Mittelrhein Niederrhein Deltarhein

13 Quecksilber in BIOTA ng/g FG Hg in Brassenmuskulatur ELBE MULDE SAALE RHEIN DONAU Prossen Zehren Barby Cumlosen Dessau Wettin Weil a. Rh. Iffezheim Koblenz Bimmen Ulm Kelheim Jochenstein Hg-UQN: 2 ng/g Quelle:

14 Teil 2 Fall Elbe Sedimente und Schwebstoffe der Binnenelbe

15 Untersuchungen Die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) führt seit 1991 regelmäßig Untersuchungen von Sedimenten und Schwebstoffen im Rahmen des Messprogramms zur Sicherung der Datengrundlagen zur Erfüllung von Aufgaben des Bundes an Bundeswasserstrassen (BMVBS und BMU) und im Rahmen des Messprogramms zur Überwachung grenzüberschreitender Flüsse und Küstengewässer (BMU) an der Elbe durch. Sedimentkataster der WSV Messprogramm zur Sicherung der Datengrundlagen zur Erfüllung von Aufgaben des Bundes an Bundeswasserstrassen (BMVBS und BMU) Messprogramm zur Überwachung grenzüberschreitender Flüsse und Küstengewässer (BMU) Monitoringstrategien

16 Elbe-Monitoring - Messstellen Auswahl der Standorte Nordsee Geesthacht Hitzacker 2 Messstellen an der Binnenelbe + Schwebstoffsammler Wittenberge + Automatische Messstation Wittenberg Erfassung wesentlicher Teilabschnitte der Elbe und Nebenflüsse Saale, Mulde, Schwarze Elster, Havel Regelmäßige Beprobung (31 Probenahmen in 21 Jahren) Wittenberge Robust bei Abflussschwankungen Havel Vergleichbares Substrat Magdeburg Wittenberg Sedimente seit 1991 Barby Dessau Schwarze Elster Schwebstoffe seit 1993 Saale Mulde ca. 1 Analysenwerte Meißen Dresden Prossen

$Schwebstofffracht der Elbe 8 Mittelwert der Jahresfrachten 23 28 7 6 Schwebstofffracht (t/a) 5 4 3 2 Elbe Saale (Messstelle Calbe) Havel (Messstelle Rathenow) 1 Daten:$

17 Schwebstofffracht der Elbe 8 Mittelwert der Jahresfrachten Schwebstofffracht (t/a) Elbe Saale (Messstelle Calbe) Havel (Messstelle Rathenow) 1 Daten: BfG, Elbe km Die Schwebstofffracht in der Elbe unterhalb der Saalemündung setzt sich aus etwa einem Drittel Saalefracht und zwei Dritteln Elbefracht zusammen.

$Anteil der Quecksilberfracht bis$ Schnackenburg 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3%

18 Einträge - Quecksilber Prozentualer Anteil der Quecksilberfracht bis Schnackenburg 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% Havel/Toppel Saale/Rosenburg Mulde/Dessau Schwarze Elster Rest ca. 6 % 1% % Mittelwert Elbe/Schmilka FGG Elbe; Kasimir, 211

19 Sedimente Trend Quecksilber (summierte Gehalte in mg/kg) in der Fraktion < 2µm Grundsätzlicher Trend erkennbar Belastungsschwerpunkt im Bereich Hitzacker Einträge aus Tschechien, Saale und Mulde keine Untersuchungen in Hitzacker und Geesthacht Dresden Elster Dessau Barby Wittenberge Hitzacker Geesthacht Daten: Dr. J. Pelzer, BfG

20 Sedimente 1992/93 und 22 bis 21 Hg (mg/kg) in < 2µm-Fraktion Schmilka Dresden Meißen Elster Wittenberg Roßlau Dessau Barby Werben Wittenberge Cumlosen Dömitz Hitzacker Boizenburg Lauenburg 1993 Geesthacht /93 keine Untersuchungen zwischen Hitzacker und Geesthacht (hier: Daten 1996),-1, 1,-2, 2,-3, 3,-4, 4,-5, Belastungsschwerpunkt Cumlosen bis Lauenburg Sedimente in Bewegung

21 Flussgebietsmanagement Beispiel: Buhnenfeld Herrenhof/Bitter bei Hitzacker (22-21) Fläche: ca. 13 m 2 Sedimentmächtigkeit: Ø,5 m Hg-Konz.: 2 mg/kg (9,9 bis 29,6) Volumen: 65 m 3 = 15 t bei Ø 5% Feinkorn = 7 5 t 15 kg Hg Sind diese Sedimente remobilisierbar? Ausgewählte Jahresfrachten bei Schnackenburg t/a ,4 Gewässergüteberichte der Elbe 24 und 28 (ARGE Elbe)

Schwebstoff/Sediment - Wittenberge Nordsee Geesthacht Hitzacker Wittenberge Unterhalb der Einmündung aller wesentlichen Nebenflüsse in die Elbe Vergleichsdaten der

22 Schwebstoff/Sediment - Wittenberge Nordsee Geesthacht Hitzacker Wittenberge Unterhalb der Einmündung aller wesentlichen Nebenflüsse in die Elbe Vergleichsdaten der ARGE Elbe aus Schnackenburg 26 Sedimente Havel Schwebstoffe Barby Dessau Elster Schwarze Elster Saale Deutschland Polen Mulde Dresden Tschechien

23 Sediment vs. Schwebstoff Quecksilber in der Fraktion < 2 µm Sedimente Jahre, 26 Proben Schwebstoffe Jahre, 175 Proben mg/kg mg/kg Trendaussagen sind mit Sedimenten und Schwebstoffen möglich!

Ereignisbezogenes Monitoring 16 14 12 1 September 22 8 6 4 2 15 1992 1994 1996 1998 2 22 24 26 28 21 2 16 14 12 1 8 1 5 6 4 2 1 14 27 4 53 66 79 92 15 118 131 144 157 17 Elbe MQ 711 mg/kg

24 Ereignisbezogenes Monitoring September Elbe MQ 711 mg/kg mg/kg m3/s m3/s Hg in mg/kg Abflüsse 5/22 5/23 August 22 Juli 22 bis März m3/s Mulde MQ 64 Saale MQ 115

Quecksilber gelöst partikulär (km 4 bis 455)

(Juni 27) Rhein 29/21 Koblenz Einheit Minimum Maximum

25 Quecksilber gelöst partikulär (km 4 bis 455) Gemeinsame Probenahme BfG -UFZ -Universität Bordeaux (Juni 27) Rhein 29/21 Koblenz Einheit Minimum Maximum Median Daten: Quelle: Baborowski, Schäfer (unveröffentlichte Daten 27). Hg gesamt ng/l < Hg gelöst ng/l < 2 5 < 2 Anteil gelöst an Gesamtkonzentration %

Zusammenfassung und Fazit Trendaussagen sind sowohl mit Sedimenten als auch mit Schwebstoffen möglich Probenahme/Untersuchung vergleichbaren Materials oder Untersuchung einer Feinkornfraktion

26 Zusammenfassung und Fazit Trendaussagen sind sowohl mit Sedimenten als auch mit Schwebstoffen möglich Probenahme/Untersuchung vergleichbaren Materials oder Untersuchung einer Feinkornfraktion (Fraktion < 2 µm, < 63 µm) ausreichend langer Untersuchungszeitraum bzw. eine höhere Frequenz der Probenahme bei kürzerem Zeitraum Ereignisbezogenes Monitoring nur durch aktuelle Schwebstoffprobenahmen möglich Schadstofftransport erfolgt weitgehend über partikuläre Phase (zu rd. 7%-9%) Biota-Daten müssen sorgfältig interpretiert werden Flussgebietsmanagement Sanierung von hot spots ökologisch und wirtschaftlich geboten!

Vielen Dank unseren Kolleginnen und Kollegen!

Martin Keller und Evelyn Claus Bundesanstalt

27 Vielen Dank unseren Kolleginnen und Kollegen! Vielen Dank den Kolleginnen und Kollegen in den Wasser- und Schifffahrtsämtern! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Martin Keller und Evelyn Claus Bundesanstalt für Gewässerkunde Am Mainzer Tor Koblenz, Deutschland

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