Schwermetalle als Indikatoren für die Schwebstoffdynamik von Tideflüssen

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Linda Dittmar
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1 Schwermetalle als Indikatoren für die Schwebstoffdynamik von Tideflüssen Dr. Birgit Schubert Referat Grundsatzfragen der qualitativen Gewässerkunde Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz Seite 1

2 Fragestellung Beitrag zur Klärung der Mechanismen des Transportes feinkörniger Feststoffe und daran gebundener Schadstoffe in Tideflüssen Untersuchungen zur Vermischung feinkörniger mariner und fluvialer Feststoffe in den Tidebereichen von Weser, Elbe und Ems Stromauftransport mariner Feststoffe Abhängigkeit der Mischungsverhältnisse mariner/fluvialer Feststoffe vom Oberwasserabfluss Abschätzung von Transportzeiten fluvialer und mariner Feststoffe Seite 2

3 Schwermetallgehalte als Indikatoren für den Feststofftransport in der Tideelbe Schwermetallgehalte in der Fraktion <63µm von Sedimenten (ARGE Elbe, 198) Seite 3

4 Untersuchungsmethode Verwendung von Schwermetallen als Tracern für die Herkunft feinkörniger Feststoffe - Zink, Kupfer, Cadmium und Blei - Messungen in der Fraktion <2 µm von Schwebstoffen und frisch abgelagerten Sedimenten (1 4 Wochen) Zeitlich hochaufgelöste langjährige Messungen an ausgewählten Stationen - Untersuchung der Abhängigkeit der Schwermetallgehalte in feinkörnigen Feststoffen vom Oberwasserabfluss Vergleich der Ergebnisse jeweils mehrerer Stationen im Längsprofil Die Ergebnisse der Schwermetallmessungen lassen nur Aussagen zum Transportverhalten der Feinkornfraktion <2 µm zu. Seite 4

5 Probenahmestellen Bunthaus, Seemannshöft: ARGE Elbe Übrige Stationen: BfG Seite 5

6 Variationen der Zinkgehalte in Schwebstoffen und Sedimenten (<2 µm) in der Tideelbe 3 25 hq: 2 4 % marin nq: 4 6 % marin Zn Zn- concentration in mg / kg hq/nq: % marin 7 6 Geesthacht 5 Bunthaus 4 3 discharge Neu Darchau [m3 / s] Nordsee-Niveau: 15-2 mg/kg Zn 2 1 discharge Seite 6

7 Variationen der Zinkgehalte in Schwebstoffen und Sedimenten (<2 µm) in der Tideelbe 3 25 hq: 15-3 % marin nq: 6-8 % marin hq: % marin nq: 6-8 % marin hq: 6-7 % marin nq: % marin Zn hq: 4-6 % marin nq: % marin Zn- Koncentration in mg / kg Geesthacht 5 Wedel 4 Bunthaus 3 Seemannshöft Abfluss Neu Darchau [m3 / s] Nordsee-Niveau:15-2 mg/kg Zn 2 1 discharge Seite 7

8 Variationen der Cadmiumgehalte in Schwebstoffen und Sedimenten (<2 µm) in der Tideelbe 18 1 Cd-concentration in mg / kg North Sea Cd-level:,5 -,8 mg/kg -2 Cd Geesthacht 5 Bunthaus 4 Seemannshöft 3 Wedel 2 1 Discharge Neu Darchau in m³ / s discharge Seite 8

9 Schematische Darstellung der Vermischung mariner und fluvialer Schwebstoffe - Tideelbe 1 nach 1999 niedriger Abfluss Anteil mariner Feststoffe in % Hafen Hamburg hoher Abfluss vor Zn- Konz. % der Länge des Elbeästuars (ca 144 km) Geesthacht km 586 Tidegrenze Bunthaus km 61 ARGE Elbe Seemannshöft km 629 ARGE Elbe Wedel km 642 Bützfleth km 657 Brunsbüttel km 696 Cuxhaven km 726,5 nach 1999: Zunahme der marinen Anteile in feinkörnigen Feststoffen Stromaufverschiebung der Vermischungskurve fluvialer und mariner Sedimente bis Bunthaus Seite 9

10 Variationen der Zinkgehalte in Schwebstoffen und Sedimenten (<2 µm) in der Tideweser 12 1 Zn 7 Hemelingen 6 Bremen Zn-Konentration in mg/kg marine Sedimente: mg/kg Zn Farge Bremerhaven Abfluss Intschede in m³/s Abfluss Seite 1

11 Variationen der Zinkgehalte in Schwebstoffen und Sedimenten (<2 µm) in der Tideweser 12 1 hq: 5-2 % marin nq: 5-65 % marin hq:7-8 % marin nq: 8-85 % marin Zn 7 Hemelingen 6 Bremen Zn-Konentration in mg/kg marine Sedimente: mg/kg Zn Farge Bremerhaven Abfluss Intschede in m³/s Abfluss Seite 11

12 Schematische Darstellung der Vermischung mariner und fluvialer Schwebstoffe - Tideweser 1 Anteil mariner Feststoffe <2 µm in % niedriger Abfluss hoher Abfluss Zn- Konz. % de r Länge des Weserästuars (ca 9 km) Hemelingen, km 36,95 (Tidegrenze Bremen, km 7,25 Farge, km 26,3 Klippkanne, km 43,3 Großensiel, km 56, Geestemündung, km 65,9 Bremerhaven, km 69,5 Seite 12

13 Variationen der Zinkgehalte in Schwebstoffen und Sedimenten (<2 µm) in der Tideems 12 1 Herbrum OW Zn Bollingerfähr Zn-Konzentrationen in mg/kg Nordsee-Niveau: nq/hq: 7-9 % marin nq/hq: % marin 1 8 Herbrum UW 6 Terborg 4 Knock Abfluss Versen in m³/s Seite 13

14 Schematische Darstellung der Vermischung mariner und fluvialer Schwebstoffe - Tideems niedriger Abfluss 1 Anteil mariner Feststoffe <2µm in % hoher Abfluss Zn- Konz % der Länge des Emsästuars (ca 8 km) Herbrum km 211,3 Tidegrenze Papenburg Terborg km 24,6 Emden Knock km 5,8 Seite 14

15 Zinkgehalte in Sedimenten (<2 µm) im Längsprofil der Ems Zn in mg/kg blau = 1971 schwarz =1977/8 rot = 1981 grün = Nordsee 4 2 Altarm b. Diele -2, -1,, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, Tidegrenze Emden Knock km unterhalb Tidegrenze Herbrum Seite 15

16 Vergleich der Anteile mariner Feststoffe im Längsverlauf der Tideflüsse 1 ab Tidegrenze ab Elbe-km 625 ab Weserkm 5 Anteil mariner Feststoffe in % Ems bis Tidegrenze Elbe ab 2 bis Elbekm 68 bis Weserkm 2-25 Elbe vor 2 Weser : niedriger Abfluss : hoher Abfluss >8 % marin <2 % marin % der Länge des Ästuars Seite 16

17 1 Transportzeiten feinkörniger Feststoffe in der Tideelbe Transportzeiten fluvialer Feststoffe nach Qmax: bis Wedel: 3 7 Wochen bis Brunsb.: 7 12 Wochen Hochwasser August 22 Wedel 1 Zn-concentration in mg / kg Maximaler mariner Anteil: bei Wedel: 6 16 Wochen nach Qmin bei Brunsb.: 2 24 Wochen nach Qmin 13 W 2 W 12 W 15 W 24 W 3 W 1 W 8 W 2 W 7 W 8 W 1 W 3 W 16 W 24 W 6 W 7 W 8 6 Brunsbüttel 4 2 discharge Discharge Neu Darchau in m3 / s Seite 17

18 Transportzeiten feinkörniger Feststoffe in der Tideweser 12 1 Transportzeiten fluvialer Feststoffe nach Qmax: bis Farge: 2 4 Wochen Zn-Konzentrationen in mg/kg Maximaler mariner Anteil: bei Farge: 2 7 Wochen nach Q min W 2 W 4 W 5 W 2 W 6 W 2 W Farge Bremerhaven W Abfluss neu Darchau in m /s 6 Seite 18

19 Zusammenfassung Stromauftransport marinen Materials: Elbe: bis Bunthaus; >8 % marine Feststoffe ab Elbe-km 625 Weser: bis Farge; >8 % marine Feststoffe ab Weser-km 5 Ems: bis Tidegrenze; >9 % marine Feststoffe ab Tidegrenze Transportzeiten: - Transport fluvialer Feststoffe in Richtung Nordsee nach Qmax: Elbe: bis Wedel: 3-7 Wochen bis Brunsbüttel 8-12 Wochen Weser: bis Farge: 2-4 Wochen teilweiser Materialaustrag in Deutsche Bucht - Wiedereintrieb von Feststoffen mariner Herkunft bei niedrigem Q: Elbe: bei Wedel bis zum erneuten Ansteigen von Q (bis 8 16 Wochen nach Qmin) bei Brunsbüttel noch während erneutem Anstieg von Q (bis 2 24 Wochen nach Qmin) Weser: bei Farge bis 2-7 Wochen nach Qmin Seite 19

20 Ausblick Verwendung der Schwermetalldaten zur Verifizierung mathematischer Transportmodelle für feinkörnige Sedimente Weitere Auswertung der Schwermetalldaten im Zusammenhang mit anderen Naturmessungen Berücksichtigung der Ergebnisse für das Sedimentmanagement in Tideflüssen Seite 2

Dr. Heininger und Frau Habermann für die konstruktiven Diskussionen, Frau Haag, Frau Konyeva, Frau Odoj, Frau

Schifffahrtsämtern der WSDn Nord und Nordwest für die Probenahmen, Herrn Bergemann, ARGE Elbe für die

Förderung der Untersuchungen durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU)

21 Mein Dank an Herrn Dr. Ackermann für die Initiierung und Durchführung dieser Untersuchungen sowie die fachlichen Diskussionen, Herrn Dr. Heininger und Frau Habermann für die konstruktiven Diskussionen, Frau Haag, Frau Konyeva, Frau Odoj, Frau Steppuhn, Herrn Stammerjohann, Herrn Sturm für die Probenbearbeitung und Messungen in der BfG, den Wasser- und Schifffahrtsämtern der WSDn Nord und Nordwest für die Probenahmen, Herrn Bergemann, ARGE Elbe für die Bereitstellung von Ergebnissen. Förderung der Untersuchungen durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) im Rahmen des Messprogramm zur Überwachung der Gewässergüte grenzüberschreitender Flüsse sowie von Küstengewässern und durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Verbundprojektes Feinsedimentdynamik und Schadstoffmobilität in Fließgewässern (SEDYMO) Seite 21

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