Sanierung von. Badegewässern Seensanierung mit Fallbeispielen. Seensanierung. Dr. Jürgen Spieker. Kiel, 29. Februar 2012

Transkript

1 Sanierung von Konzepte Lösungen Sanierungen im Gewässerschutz Neue Große Bergstraße 20; Hamburg Tel: 040 / info@kls-gewaesserschutz.de Internet: Badegewässern Seensanierung mit Fallbeispielen

2 Untersuchung und Bewertung von Gewässern Seen, Weiher, Teiche Naturbäder Öffentliche Schwimm- und Badeteichanlagen Private Schwimmteiche Seentherapie Sanierung und Restaurierung von Gewässern Seen, Weiher, Teiche Konzepte Lösungen Sanierungen im Gewässerschutz Internet: Tel.: 040 / Neue Große Bergstraße 20, Hamburg

3 Wassertiefe [m] Seensanierung Untersuchung und Bewertung von Gewässern Seen, Weiher, Teiche Jahr LAWA-Gesamtindex: Zuordnung zu den Trophiestufen 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 oligotroph mesotroph eutroph polytroph ,7 2,8 3,0 3,0 3,1 3,1 3, Wassertemperatur Sauerstoffgehalt

4 Konzepte - Lösungen - Sanierungen im Gewässerschutz Seentherapie Sanierung und Restaurierung von Gewässern Einzugsgebiet Stoffbilanzen Sanierungs- und Restaurierungskonzepte Monitoring

5 Konzepte - Lösungen - Sanierungen im Gewässerschutz Naturbäder Öffentliche Schwimm- und Badeteichanlagen Private Schwimmteiche Betreuung IQN Gutachten Monitoring Forschung

6 Gutachten im Rahmen von Planverfahren Mikroskopische Untersuchungen von Stoffproben Gewässerpflege und -entwicklungspläne

7 Gliederung Grundlagen der Limnologie Grundlagen der Sanierung und Restaurierung von Seen Problem Blaualgen Fallbeispiele

8 Seentypisierung gemäß EG-WRRL

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10 Verteilung aller Seen >50 ha in der BRD auf die Bundesländer (Hemm & Jöhnk, 2004)

11 Flache Seen Tiefe Seen Tiefer und flacher Badesee im Sommer Aufsicht Badesee Röhrichtgürtel Badestrand Wind Schnitt tiefer See Nährstoffentzug über Sedimentation Sediment warme Oberflächenschicht Zwischenschicht kalte Tiefenwasserschicht Wind Schnitt flacher See Kein Nährstoffentzug, Sedimentaufwirbelung möglich

12 Wassertiefe [m] Seensanierung Temperatur- und Sauerstoffhaushalt: Schaalsee Wassertemperatur [ C] bzw. Sauerstoffgehalt [mg/l] Temperatur [ C] 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 Gesamt-Phosphor-Gehalt [mg/l] O2-Konzentration [mg/l] Gesamt-Phosphor [mg/l] Teilsee: Rethwiesentief Monat: August

13 Temperatur- und Sauerstoffhaushalt: Eichbaumsee

14 Phosphorhaushalt: Eichbaumsee

15 Nährstoffhaushalt Maßnahmen in Seen setzen hauptsächlich an der Trophie an Zusätzlich können Maßnahmen an der Struktur und der Hydromorphologie wirken Im Mittelpunkt steht dabei häufig die Phosphorbilanz

16 Natürliche und anthropogene Eutrophierung von Seen [nach LFU, 2004A]

17 Die aktuelle Trophie eines Sees allein sagt noch nichts über den Zustand des Sees aus und ist völlig wertungsfrei. Eine Bewertung der Trophie erfolgt erst über den Grad der Abweichung der aktuellen Trophie (Ist-Zustand) von der natürlichen Trophiestufe des Sees (Referenzzustand). Vorläufige Trophiebewertung für das Zwischenahner Meer [NACH LAWA, 1999] Referenzzustand (nach Morphometrie) Ist-Zustand Gesamtbewertung Maximale Tiefe [m] Mittlere Tiefe [m] Effektive Länge [km] Effektive Breite [km] Chlorophyll-a [µg/l] Sichttiefe [m] TP-Frühjahr [µg/l] TP-Sommer [µg/l] 5,5 [NLWKN-Brake] 2,5 [NLWKN-Brake] 3,2 [NLWKN-Brake] 2,6 [NLWKN-Brake] 86 (Mittel Mai-Sep 2007) 0,41 (Mittel Mai-Sep 2007) 160 ( ) 260 (Mittel Mai-Sep 2007) schwach eutroph (e1) stark polytroph (p2) Bewertungsstufe 5: starke Nährstoffbelastung, Sanierungsmaßnahmen sind erforderlich, insbesondere bei Gewässern, deren Referenzzustand oligo- oder mesotroph ist

18 Ein Stillgewässer ist ein "Integrator der Charaktereigenschaften seines Einzugsgebietes Grundwasser Wasservögel Fischerei Badenutzung Laubeintrag Sediment Punktuelle und diffuse Nährstoffeinträge in Gewässer [UBI-LAWI, 2009]

19 Neuland See, Hamburg

20 Neuland See, Tiefenkarte

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22 72% 24% 4% 20% 49% 25% 8%

23 Zum Seenmanagement 1) zählen - Planung, - Organisation, - Durchführung und - Erfolgskontrolle von Maßnahmen und Aktivitäten, die das Ziel haben, eine gute Gewässerqualität zu erhalten oder zu erreichen. 1) in Anlehnung an: S. P. Robbins et. al., Fundamentals of Management, Essential Concepts and Applications, 7th Edition, Pearson Education: 2011 Lake management ist 90% people management and the other half is limnology! 2 in Anlehnung an: Dick Osgoo, LakeLine (21/1) 2001

24 In der Regel gilt: Sanierung vor Restaurierung! Sanierungsmaßnahmen führen zu einer Senkung der externen Phosphor-Last und werden hauptsächlich im Einzugsgebiet eingesetzt. Wann werden Restaurierungstechniken eingesetzt? Externe Lastsenkung (Sanierung) nicht möglich Externe Lastsenkung nicht schnell genug möglich zusammen mit Sanierungsmaßnahmen

25 Gewässergüteprobleme durch Eutrophierung Algenmassenentwicklungen toxische Blaualgen Verlust der Artenvielfalt Sauerstoffschwund Fischsterben Geruchsbelästigungen

26 Nutzungseinschränkungen durch Eutrophierung Trinkwassergewinnung Fischerei Erholung Naturschutz

27 Bezugsquelle: Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN)

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29 Drei Maßnahmengruppen: Landwirtschaft (9 Steckbriefe) Siedlung (4 Steckbriefe) Zulauf (6 Steckbriefe)

30 Extensivierung "Kritischer Flächen (Steckbrief 1.1) Itzstedter See (Kreis Segeberg

31 Definition Schleswig-Holstein: Uferstreifen: Uferlinie mittlerer Wasserstand + 100m Talraum: Höhenlinie mittlerer Wasserstand + 3m Mögliche Maßnahmen: - Nutzungsaufgabe und natürliche Sukzession ("Förderrichtlinie Natur- und Landschaftsentwicklung") - Aufforstung (Förderung: "Waldbaurichtlinie") - Umwandlung von Acker in Extensivgrünland (Förderung: "Agrarumweltmaßnahme" B1/B2)

32 Anlage von Gewässerrandstreifen (Steckbrief 1.8) [Foto: Prof. Zumbroich, Bonn]

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34 "Sanierung vor Restaurierung" Vorteile einer Sanierung: - "Problem an der Wurzel packen" - "Ursache bekämpfen und nicht Symptome behandeln" - "Langfristige Veränderung statt kurzfristigem Erfolg" Nachteile einer Sanierung: - Abstimmungs- und Veränderungsprozesse benötigen viel Zeit und Geduld - Erfolge stellen sich erst über längere Zeiträume ein

35 Wann werden Restaurierungstechniken eingesetzt? Externe Lastsenkung (Sanierung) nicht möglich Externe Lastsenkung nicht schnell genug möglich zusammen mit Sanierungsmaßnahmen Restaurierungstechniken nutzen und optimieren ökologische Wirkprinzipien. Restaurierungstechniken können als Therapieund als Pflegemaßnahmen eingesetzt werden.

36 Veränderungen der Morphometrie Vertiefung Uferabflachung Weitere Verfahren Mikrobiologische und physikalische Verfahren Maßnahmen am Wasserkörper Chemische Fällung /Adsorption im Gewässer Adsorption an Trägermaterialien im Gewässer Nährstoffentfernung Verdünnung, Spülung, Tiefenwasserableitung externe Phosphor- Elimination Zwangszirkulation Destratifikation Tiefenwasserbelüftung Hypolimnische Belüftung Belüftung Erhöhung der Pufferkapazität Maßnahmen am Sediment Entschlammung mit Sedimententnahme Entschlammung ohne Sedimententnahme Biotechnische Entschlammung Maßnahmen mit Wasserbedeckung Sedimentoxidation mit Nitrat, Sedimentabdeckung Maßnahmen ohne Wasserbedeckung Kalkung Eingriffe in die Biozönosen Fischbiozönosen Nahrungskettenmanipulation Einsatz von pflanzenfressenden Fischen Makrophyten Entkrautung Weitere Verfahren Herbizide, Algizide

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38 Externe Phosphorelimination CO 2 N 2 O 2 CO 2 N 2 O Stufe Stufe 1 6 Beschickungsleitung Drainageleitung

39 Ablauf von Therapiemaßnahmen aus: DWA-M 606, S. 77

40 Blaualgen Blaualge (Micorcystis viridis) Blaualge (Aphanizomenon spec.) Blaualgen: Micorcystis aeruginosa Anabaena spec.

41 Blaualgen

42 Blaualgen

43 Blaualgen Badegewässerüberwachung auf Blaualgen (Cyanobakterien)

44 Fallbeispiele Schaalsee SH / MV (Sanierung) Eichbaumsee HH (Restaurierung) Poggensee SH (Sanierung, Restaurierung) Itzstedter See SH (Sanierung, Restaurierung) Allersee NI (Gewässerunterhaltung)

45 Schaalsee Dutzower See Niendorfer Binnensee Seedorfer Tief Bernstorfer See Rethwiesentief Lassahner See Borgsee Techiner See Zarrentiner Becken

46 Einträge: ca kgp/a ~ Grundwasser ~ 850 Atmosphärische Deposition ~ 740 Oberflächenzuläufe und Einleitungen ~ 150 Vögel Austräge: ca kgp/a ~ 100 Fischerei ~ 420 Grundwasser Schaalsee ~ 85 Laub ~ 1 Badegäste ~ Oberflächenabläufe

47 Schaalsee

48 72% 24% 4% 20% 49% 25% 8% Schaalsee

49 Maßnahmen- und Monitoringkonzept Schaalsee: Maßnahmen zur Reduzierung des Phosphor-Eintrags über das Grundwasser Maßnahmen zur Reduzierung des Phosphor-Eintrags über atmosphärische Deposition Maßnahmen zur Reduzierung des Phosphor-Eintrags über Oberflächenzuläufe z.b. Goldensee (Vorrang im Bewirtschaftungszeitraum ) Maßnahmen zur Reduzierung des Phosphor-Eintrags über Einleitungen (Punktquellen)

50 Eichbaumsee, Hamburg Kein Oberflächenzufluss, Grundwassereinfluss unwahrscheinlich Tiefenwasserbelüftungsanlagen Probenahmestationen

51 Eichbaumsee 1970 Jahre entstanden durch Sandentnahme seit Beginn der 80er Jahre: Badenutzung mit Problemen (Blaualgenblüten, Sichttiefe, ph-wert) ab 1986 limnologische Untersuchungen Zwangszirkulation 2003 Phosphor-Fällung mit Aluminium-Sulfat Tiefenwasserbelüftung November 2010 Phosphor-Fällung mit Bentophos November 2011 Nach-Fällung mit Bentophos

52 Eichbaumsee: Zwangszirkulation

53 - Fällung von ca. 240 kg P aus der Wassersäule, - Verringerung der TP Konzentration auf 25 µg/l, - Keine Schädigung der Zooplanktonbiozönose, - Kein wesentlicher Effekt auf die Pufferkapazität. Eichbaumsee 2003

54 Einsatz der Tiefenwasserbelüftungsanlage Eichbaumsee, Hamburg, Frühjahr 2005

55 Gesamtphosphor- bzw. Chlorophyll-a-Gehalt [µg/l] Sichttiefe [m] Seensanierung Gesamtphosphor Sichttiefe Chlorophyll-a P-Fällung Eichbaumsee

56 Eichbaumsee

57 Eichbaumsee

58 Eichbaumsee

59 Eichbaumsee

60 Eichbaumsee, Hamburg Aluminium-Sulfat-Fällung sehr wahrscheinlich wegen gleichzeitigem Einsatz der Destratifikation nicht nachhaltig (ph-wert-abhängige P-Freisetzung; alkalische P-Freisetzung) Durch die hohen ph-werte (bis ph 10) werden Phosphor- Verbindungen aus den Litoralsedimenten freigesetzt. Durch den Einsatz von Bentophos soll Phosphor nachhaltig aus dem Kreislauf entzogen werden.

61 Eichbaumsee, Hamburg Der Eichbaumsee ist einer der wichtigsten Badeseen Hamburgs. Der Eichbaumsee erfüllt eine wichtige soziale Funktion als innenstadtnahe Bade- und Erholungsstätte. Die Unterhaltung von Badestellen ist nicht kostenlos zu haben. So erfordert z.b. der Betrieb eines desinfizierten Beckenbades nach DIN ca. 4-6 Euro Zuschuss an öffentlichen Geldern pro Badegast.

62 Poggensee, Bad Oldesloe Oberfläche m Wasservolumen m Sedimentvolumen m 3 ca Uferlänge m effektive Länge m 360 effektive Breite m 320 Tiefengradient F 1,53 max. Wassertiefe m 6,6 mittlere Wassertiefe m 3,50 max. Sedimentdicke m > 3,3 mittlere Sedimentdicke m ca. 3,0 oberirdisches Einzugsgebiet* km 2 1,22 Uferlänge* km 1,05 theoretische Wasseraufenthaltszeit* a 0,7 Uferentwicklung * 1,0 Umgebungsrealfaktor * m 2 /m 2 14 Umgebungsvolumenfaktor * m 2 /m 3 4,4

63 Poggensee, Bad Oldesloe

66 Itzstedter See, Kreis Segeberg

67 Fläche: ca. 14 ha Volumen: ca m³ Kleines Einzugsgebiet: ca. 28 ha Max. Tiefe: ca. 7,2 m

68 Wassertiefe [m] Seensanierung Tiefenprofile Wassertemperatur und Sauerstoffgehalt Temperatur [ C] bzw. Sauerstoffgehalt [mg/l] Mai bis September: Temperaturschichtung Temperatur (warmes Oberflächenwasser, kaltes Tiefenwasser) Tiefenwasser ab 5 m 6 7 Sauerstoffgehalt sauerstofffrei

69 Phosphorgehalt [mgp/l] Seensanierung Nährstoffhaushalt: Phosphor 1,000 0,900 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000 1 m - Gesamtphosphor 6,5 m - Gesamtphosphor 1 m - SRP 6,5 m - SRP Oberflächenwasser Gesamtphosphor-Gehalt: µgp/l Tiefenwasser Gesamtphosphor-Gehalt: µgp/l Sauerstoffmangel im Tiefenwasser führt zu Phosphorfreisetzungen aus dem Sediment ( Interne Düngung )

70 Sichttiefe bzw. euphotische Zone [m] Seensanierung Sichttiefe 2011: 5 6 Sichttiefe Euphotische Zone 1,30 1,75 m 7 Sichttiefe: Euphotische Zone: Für Badenutzung ausreichend, aber nicht optimal Wasserpflanzen könnten bis in 3-4 m Wassertiefe wachsen

71 Biovolumen [mm 3 /L] Seensanierung 7 6 Phytoplankton Conjugatophyceae (Jochalgen) Cyanophyceae (Blaualgen) Unbestimmte Haptophyceae (Algen mit Haptonema) Dinophyceae (Panzerflagellaten) Chrysophyceae (Goldalgen) Phytoplankton 1 Cryptophyta (Schlundgeißler) 0 Chlorophyceae (Grünalgen) Bacillariophyceae (Kieselalgen) Gesamtbiovolumen: Starke Schwankungen, für die Badenutzung noch zufriedenstellendes Niveau Blaualgen: Potentiell toxische Arten vorhanden, im Jahr 2011 aber nur mit geringem Biovolumen

72 Gewässerökologischer Zustand: Trophie etwas höher als im Referenzzustand sommerliche Temperaturschichtung mit nur kleinem Tiefenwasserkörper Aufgrund der Sauerstoffzehrung durch das Sediment: Tiefenwasser sauerstofffrei mit Anreicherung von Ammonium und Schwefelwasserstoff Zustand im Hinblick auf die Badenutzung: Sichttiefe zufriedenstellend aber nicht optimal Hygienische Wasserqualität sehr gut sommerliche Massenentwicklungen von Algen vor allem Blaualgen allerdings nicht auszuschließen

73 Vorschlag für die Rangfolge: 1. Entwicklung eines gewässerangepassten Fischbestandes (Bestandskundliche Befischung, fischereilicher Hegeplan) 2. Rückschnitt von Ufergehölzen (Überhängende Äste, junge Bäume im Schilfgürtel) 3. Konzept zum Uferschutz und zu einer optimierten Badenutzung (Einrichtung eines Runden Tisches ) 4. Schutzstreifen am Seeufer (Ackerflächen Südwestufer) 5. Änderungen der landwirtschaftlichen Nutzung (Ackerflächen: Vermeidung von Winderosion; Maisacker Grünland) 6. Phosphorfällung im Tiefenwasser oder Tiefenwasserableitung (Zunächst genauere Vorplanung für Tiefenwasserableitung) 7. Tiefenwasserbelüftung (derzeit nicht sinnvoll)

74 Abbildung: Polyplan GmbH

75 Allersee Abbildung: Polyplan GmbH Größte Länge m Mittlere Tiefe ca. 3,5 m Größte Breite 270 m Seeoberfläche ca. 29 ha Größte Tiefe 11 m Seevolumen ca. 1 Mio. m³

76 Allersee: Massenentwicklungen von submersen Makrophyten und Fadenalgen Nutzungseinschränkungen (Segeln, Kanu,Triathlon, Schwimmen, Angeln, Tauchen) Unterhaltungskosten für Entkrautung und Räumung aber Wasserqualität gut Foto: KLS-Gewässerschutz Foto: Polyplan GmbH

77 Bewirtschaftung von Makrophyten im Allersee Mähen Schleppsense Sedimentaufspülung Sedimentabdeckung Der See wird bei den aktuellen Phosphateinträgen ohne Gegensteuerung eutrophieren Ohne die hohen Wasserpflanzendichten wären deutlich geringere Sichttiefen zu erwarten. Die Wasserpflanzen binden die Phosphate und können als Nährstoffdepot gut entnommen werden. Foto: Polyplan GmbH

78 Mähbalken 0,5 3 m Fotos: Polyplan GmbH

79 Allersee: Flächen vor und nach dem Mähen (Juli 2008) Vor Mahd Nach Mahd Fotos: Polyplan GmbH

80 Schlagsense Arbeitsboot Schema: Polyplan GmbH

81 Einzugsgebiet ca. 40ha Allersee Eintrag v. Landflächen kg /ha*a P mg/badegast mg/l Kg/a Atmosphärische Einträge 1 29,00 ha 0,30 8,70 Badegäste ,00 Bg/a 90,00 18,00 Mahd (80m 3 *10% Abtropfmasse mit 25%T ,00 kg/a 0,010-20,00 Wald (Laubeintrag) 2 - mit ca. 15% Anteil 6,00 ha 0,10 0,60 Grünland, intensiv 2 (Gärten) - mit ca. 15% 6,00 ha 0,08 0,48 Wiesen/ Weiden, extensiv 2 mit ca. 70% 28,00 ha 0,02 0,56 Summe 8,34 Einzugsgebiet ca. 40ha Eintrag v. Landflächen kg /ha*a P mg/badegast mg/l Kg/a Atmosphärische Einträge 1 29,00 ha 0,30 8,70 Badegäste ,00 Bg/a 90,00 18,00 Mahd (80m 3 *10% Abtropfmasse mit 25%T 0,00 kg/a 0,010 0,00 Wald (Laubeintrag) 2 - mit ca. 15% Anteil 6,00 ha 0,10 0,60 Grünland, intensiv 2 (Gärten) - mit ca. 15% 6,00 ha 0,08 0,48 Wiesen/ Weiden, extensiv 2 mit ca. 70% 28,00 ha 0,02 0,56 Summe 28,34

82 Allersee

83 Fazit Zur Planung von Sanierungs- und Restaurierungsmaßnahmen sind grundlegende Daten notwendig. Sanierungsmaßnahmen sind zielführend, benötigen aber viel Zeit und sind schwierig umzusetzen. Restaurierungsmaßnahmen sollten dann eingesetzt werden, wenn die Voraussetzungen gegeben sind (s. Folie 35). Die Wirkungen der Maßnahmen müssen durch ein Monitoringprogramm dokumentiert werden. Die Nachhaltigkeit von Maßnahmen hängt im entscheidenden Maß von der Vorplanung ab.