Laufende Arbeiten zur Bestandsaufnahme an der Wupper

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1 13. Wasserbau-Seminar an der Universität Essen /EU-Wasserrahmenrichtlinie - Signifikante anthropogene Belastungen S. 1 Dipl.-Ing. Karl Böcker, Dr.-Ing. Joachim Renner Laufende Arbeiten zur Bestandsaufnahme an der Wupper

2 13. Wasserbau-Seminar an der Universität Essen /EU-Wasserrahmenrichtlinie - Signifikante anthropogene Belastungen S CHARAKTERISIERUNG DES WUPPER-EINZUGSGEBIETS 1.1. Wupperverband Verbandsgebiet, gesetzliche Aufgaben und Leitbilder Der 1930 gegründete Wupperverband zählt wie Emschergenossenschaft, Ruhrverband, Aggerverband etc. zu den nordrhein-westfälischen sondergesetzlichen Wasserverbänden. WUPPER Gemäß Wupperverbandsgesetz zählen zu den Aufgaben des Wupperverbandes insbesondere Regelung des Wasserabflusses / Hochwasserschutz Unterhaltung oberirdischer Gewässer Renaturierung von Gewässern Bereitstellung von Wasser zur Trinkwasserversorgung Abwasserbeseitigung Entsorgung der Abfälle aus der Abwasserreinigung Vermeidung, Verminderung, Beseitigung und Ausgleich... auf Abwassereinleitungen zurückzuführender nachteiliger Veränderungen des oberirdischen Wassers Ermittlung der wasserwirtschaftlichen Verhältnisse, soweit es die Verbandsaufgaben erfordern Der Wupperverband hat sich Leitbilder gegeben, zu denen unter anderem der Grundsatz der Nachhaltigkeit im Sinne der Konferenz von Rio und der Agenda 21 zählt [1].

3 13. Wasserbau-Seminar an der Universität Essen /EU-Wasserrahmenrichtlinie - Signifikante anthropogene Belastungen S. 3 Schwelm Wupper Remscheid Radevormwald Leverkusen Solingen Wupper Leichlingen Burscheid Wermelskirchen Hückeswagen Wipperfürth Kierspe Wipper Marienheide Bergisch- Gladbach Odenthal Das 813 km² große Verbandsgebiet ist identisch mit dem natürlichen Einzugsgebiet der Wupper und umfasst die Großstädte Wuppertal, Solingen, Remscheid und Leverkusen sowie den ländlich geprägten Raum östlich davon. Auf dieser Fläche sind etwa Einwohner ansässig. Im Wupperverbandsgebiet sind etwa km Fließgewässer vom Wupperverband zu unterhalten. Der Niederschlag liegt zwischen ca. 700 mm/a am Rhein bei Leverkusen und ca mm/a im Osten des Verbandsgebiets Gliederung des Wuppereinzugsgebiets Obere Wupper mit Nebenbächen: ländlicher Raum oberhalb Wuppertal Dieses Gebiet ist geprägt durch Grünlandwirtschaft, ebenfalls anzutreffen sind Wald, Äcker und Siedlungen. Trink- und Brauchwassertalsperren des Wupperverbandes sowie der Wuppertaler und Remscheider Stadtwerke nutzen das hohe Niederschlagsdargebot. Die Abwasserbelastung der Gewässer ist relativ gering, allerdings sind neben drei Kläranlagen mit sehr guter N- und P-Elimination diverse Mischwassereinleitungen vorhanden. Die Strukturgüte der Gewässer kann als durchwachsen charakterisiert werden.

4 13. Wasserbau-Seminar an der Universität Essen /EU-Wasserrahmenrichtlinie - Signifikante anthropogene Belastungen S Wupper im Stadtgebiet Wuppertal Im Wuppertaler Stadtgebiet ist die Wupper geprägt durch Bebauung bis an die Ufer. Bermen zwischen den Ufermauern sind überwiegend mit Rasen bewachsen. Eine Tiefen- und Breitenvarianz ist praktisch nicht vorhanden. Die Schwebebahn verläuft auf ca. 10 km Länge über der Wupper; ansonsten ist eine Erlebbarkeit des Gewässers kaum gegeben, da Bermen bzw. Mittelwasserufer nicht zugänglich sind. Nur in wenigen Bereichen wurde bisher das Flußbett zwischen den Ufermauern naturnah gestaltet. Zahlreiche Verrohrungen münden einige Meter über Mittelwasser in die Wupper. Diese Rohre nehmen meist sowohl den natürlichen Abfluss von Nebenbächen als auch zahlreiche Einleitungen aus Regenwasserkanälen im Trennsystem auf. Eine Behandlung des Regenwassers nach den geltenden Regeln der Technik befindet sich auch für Misch- und Kerngebiete erst im Aufbau. Kühlwasser aus zwei Heizkraftwerken im Wuppertaler Stadtgebiet führt zu einer deutlichen Erwärmung der Wupper Wupper unterhalb Wuppertals Unterhalb der urban geprägten Strecke in Wuppertal durchfließt die Wupper zunächst ein relativ enges Kerbtal; bekannte Örtlichkeiten sind hier die Münstener Brücke und Schloss Burg. Die Ufer dieses noch dem Rhitral zuzurechnenden Fließabschnitts sind überwiegend bewaldet. In diesem Fließabschnit leiten die drei größten Kläranlagen des Wupperverbandes ein; bis zum Abschluss der Ausbaumaßnahmen 2005 ist vor allem eine hohe NH 4 N-Belastung vorhanden. Regen- und Mischwassereinleitungen gelangen über Nebenbäche in die Wupper.Trotz dieser Belastungen ist, seit etwa

5 13. Wasserbau-Seminar an der Universität Essen /EU-Wasserrahmenrichtlinie - Signifikante anthropogene Belastungen S daphnientoxische Einleitungen aus der Pflanzenschutzmittelproduktion eingestellt wurden, bereits wieder eine Fischfauna anzutreffen. Zwischen Solingen und Leichlingen erfolgt der Übergang vom Rhitral zum Potamal; die Ufer sind teils landwirtschaftlich genutzt, teils urban geprägt Dhünn mit Nebenbächen Die Dhünn ist das größte Nebengewässer der Wupper. Die Große-Dhünn-Talsperre des Wupperverbandes mit 80 Mio m³ Inhalt (einschl. Vorsperren) dient hier zur Trinkwassergewinnung für die Bergischen Großstädte. Oberhalb der Talsperre sind Grünland und Wald dominierend; am Unterlauf finden sich unterschiedliche Landnutzungen. Die Dhünn weist einen größeren Anteil an Abschnitten mit intakter Gewässerstruktur als die Wupper auf; im Stadtgebiet von Leverkusen finden sich allerdings auch starkt anthropogen überformte Bereiche. Abwassereinleitungen sind zwar vorhanden, haben aber nur relativ geringe Auswirkungen auf die Gewässergüte. Der biologische Gewässerzustand ist vermutlich überwiegend gut.

6 13. Wasserbau-Seminar an der Universität Essen /EU-Wasserrahmenrichtlinie - Signifikante anthropogene Belastungen S VORGEHENSWEISE UND GRUNDLAGEN ZUR UNTER- SUCHUNG ANTHROPOGENER BELASTUNGEN 2.1. Systematik Die Ermittlung der anthropogenen Einflüsse sollte zielorientiert sein, da der Aufwand sonst ins Unermessliche steigen kann. Problematisch ist derzeit, dass noch keine verbindlichen Signifikanzkriterien vorliegen. Der Wupperverband konzentriert seine Arbeit auf den ökologischen Zustand der Oberflächengewässer, da hier nach Wupperverbandsgesetz seine Haupthandlungsfelder liegen. Der chemische Zustand findet Berücksichtigung bei Trinkwassertalsperren und bei der Indirekteinleiterberatung/-überwachung. Der Schutz des Grundwassers im Rahmen der WRRL wird primär durch die Behörden abgedeckt. Der Wupperverband ist bestrebt, durch Datenaustausch mit Behörden Doppelarbeit zu vermeiden. Der Wupperverband sieht die Erfassung des biologischen Zustands der Gewässer als wichtige Grundlage für die Bewertung signifikanter Belastungen an. Der Minimalumfang für die überblicksweise Überwachung nach WRRL beläuft sich auf 1 Untersuchungsstelle pro km² Einzugsgebietsfläche. Für das Wupperverbandsgebiet mit insges. 813 km² Fläche sind allerdings 2 bis 3 Untersuchungsstellen angedacht, um sowohl für die die nur gering durch Abwassereinleitungen belastete obere Wupper als auch für die untere Wupper und die Dhünn jeweils repräsentative Daten zu gewinnen. Eine operative Überwachung mit einem engeren Untersuchungsraster wird von der WRRL dort gefordert, wo zu erwarten ist, dass Umweltziele nicht erfüllt werden, und zur Bewertung von Maßnahmenprogrammen. Die eingehende Untersuchung physikalisch-chemischer Parameter ist somit speziell dort sinnvoll, wo biologische Untersuchungen gezeigt haben, dass ein guter ökologischer Zustand nicht vorliegt. Ähnliches gilt für die Kartierung der Strukturgüte. Eine Kartierung der Strukturgüte ist allerdings für verschiedene Zwecke sinnvoll: So ist sie Grundlage für die Aufstellung von Gewässerentwicklungskonzepten, die wiederum die Chancen für die Bewilligung von Zuwendungen für Renaturierungsmaßnahmen deutlich verbessern. Weiterhin kann aus einer Strukturgütekartierung das Wiederbesiedlungspotential ermittelt werden, das für die Beurteilung von Misch- und Regenwassereinleitungen nach dem BWK-Merkblatt M3 wichtig ist. Aus dem chemisch-physikalischen und dem hydromorphologischen Zustand der Gewässer können Rückschlüsse auf vorliegende anthropogene Belastungen gezogen werden. Untersuchungen zum Zustand der Gewässer im Wupper-Einzugsgebiet Vom Wupperverband wurden in den vergangenen Jahren im Wesentlichen in den Hauptgewässern Wupper und Dhünn vor allem Fischfauna, Makrozoobenthos sowie CSB, BSB 5, NH 4 N, NO 3 N und P untersucht. Daten zu Makrophyten, Phytobenthos und Phytoplankton wurden bisher in den Fließgewässern kaum erhoben. In den Talsperren wurden zwecks Beurteilung des Eutrophiezustandes u. a. Phyto- und Zooplankton sowie Chlorophyll untersucht.

7 13. Wasserbau-Seminar an der Universität Essen /EU-Wasserrahmenrichtlinie - Signifikante anthropogene Belastungen S Fischfauna Sollzustand Legende: Defizite: Forellenregion Fische der Barben- statt Äschenregion Äschenregion Barbenregion Arten / Altersstufen fehlen bebaute Fläche Fließgewässer Talsperre Verbandsgebietgrenze Istzustand Defizit: Fische der Forellenstatt Äschenregion Legende: bebaute Fläche Fließgewässer Talsperre Verbandsgebietgrenze Forellenregion Äschenregion Barbenregion vermutlich Äschenregion (aktuelle Befischung folgt in Kürze) vermutlich Barbenregion (aktuelle Befischung folgt in Kürze)

8 13. Wasserbau-Seminar an der Universität Essen /EU-Wasserrahmenrichtlinie - Signifikante anthropogene Belastungen S Makrozoobenthos Zur Bewertung des Makrozoobenthos wurde in der Vergangenheit primär der Saprobienindex eingesetzt. Der Saprobienindex deutet auf einen deutlichen Rückgang der Abwasserbelastung in der Unteren Wupper hin [3]. Zukünftig sind neue Indizes zur leitbildbezogenen Bewertung des Makrozoobenthos zu erwarten Chemisch-physikalischer Gewässerzustand: Beispiel NH 4 N (Ammonium) Signifikanter Anstieg der NH 4 - Belastung an Einleitungen KA Buchenhofen (Ausbau bis 2004) KA Radevormwald (Ausbau bis 2001) Legende: bebaute Fl äche Fließgewässer Talsperre Einleitung Kl ärwerk Grenze Wupperverband Güteklasse DIN Güteklasse 1 Güteklasse 2 Güteklasse 3 Güteklasse 4 Güteklasse 5

9 13. Wasserbau-Seminar an der Universität Essen /EU-Wasserrahmenrichtlinie - Signifikante anthropogene Belastungen S Gewässerstrukturgütekartierung Die Strukturgüte stellt einen wichtigen Maßstab zur Beurteilung der hydromorphologischen Qualität eines Gewässers dar. Gleichzeitig werden anthropogene Belastungen z. B. durch Uferverbauungen und Querbauwerke direkt bei der Kartierung dokumentiert. Im Wupperverbandsgebiet wurde nach einer 7-stufigen Skala der LAWA kartiert. Eine Umrechnung auf eine 5-stufige Skala nach WRRL ist möglich. Von den bisher im Wupperverbandsgebiet kartierten Gewässern weisen nur etwa 30 % einen mindestens guten Zustand (Klassen 1-3 in der 7-stufigen Skala) auf, was auf deutliche Belastungen hinweist [4]. Eine besonders schlechte Strukturgüte weist die Wupper im Stadtgebiet von Wuppertal auf, wo sie beidseitig durch senkrechte Ufermauern und Rasen-Bermen eingeengt ist. Ebenfalls schlecht beurteilt wurden bei der Strukturgütekartierung die Unterläufe von Wupper und Dhünn, wo sich teils im urbanen Bereich, teils in landwirtschaftlich intensiv genutztem Gebiet kaum noch naturnahe Gewässerstrecken finden. Strukturgüteklasse 1 naturnah 2 bedingt naturnah 3 mäßig beeinträchtigt 4 deutlich beeinträchtigt 5 merklich geschädigt 6 stark geschädigt 7 übermäßig geschädigt (Stand :12/2000)

10 13. Wasserbau-Seminar an der Universität Essen /EU-Wasserrahmenrichtlinie - Signifikante anthropogene Belastungen S ANTHROPOGENE BELASTUNGEN IM EINZUGSGEBIET DER WUPPER 3.1. Immissionsbezogene Stoffstromanalyse mittels Transpos: Transpos ist ein statistisches Verfahren, mit dessen Hilfe es möglich ist, durch die Auswertung von Durchfluss- und Konzentrationsmessungen in einem Gewässer zwischen kontinuierlichen Einleitungen aus Punktquellen und diffusen Einträgen, insbes. von landwirtschaftlichen Flächen, zu differenzieren. Diskontinuierliche Einleitungen aus Mischwasserentlastungen können bei diesem Verfahren allerdings nicht gegenüber diffusen Einträgen abgegrenzt werden. Das Rechenverfahren geht von der Grundannahme aus, dass die Konzentration eines Wasserinhaltsstoffs im Gewässer der Formel Konz = a + ( b/q ) + ( c * Q d ) gehorcht. Dabei repräsentiert a eine geogene Hintergrundbelastung, b/q (Verdünnungshyperbel) die Konzentration aus einer als konstant angenommenen Punktquelle (Kläranlage) und c * Q d den aus diffusen Quellen resultierenden Konzentrationsanteil im Gewässer. DIN [mg/l] - Wupper DIN [mg/l] - Wupper Abfluss Abfluss (Wupper) (Wupper) [m [m 3 3 / / s] s] Grosse Dhünn Grosse Dhünn Wupper (Opladen) Wupper (Opladen) Regressionskurve Regressionskurve Im nebenstehenden Diagramm sind als Beispiel Stickstofffrachten in der Wupper kurz oberhalb der 5 5 Mündung (Opladen) und in der Großen Dhünn oberhalb der Talsperre dargestellt. 0 0 Mittels Transpos wurden folgende Frachtanteile ermittelt Abfluss Abfluss (Dhünn) (Dhünn) [m [m 3 / / s] s] [5]: Wupper / Opladen 1997: Gesamtfracht t/a Fracht aus kontinuierlich einleitenden Punktquellen: 47 % Fracht aus diffusen Einträgen + Mischwasser 53 % Große Dhünn 1998/99: Gesamtfracht 110 t/a Fracht aus kontinuierlich einleitenden Punktquellen: 0 % Fracht aus diffusen Einträgen + Mischwasser 100 % Aufgrund der Ausbaumaßnahmen an den Kläranlagen des Wupperverbandes sinkt der Anteil der Stickstoff-Fracht aus Punktquellen an der Gesamtfracht in der Unteren Wupper seit 1999 deutlich DIN [mg/l] - Dhünn DIN [mg/l] - Dhünn

11 13. Wasserbau-Seminar an der Universität Essen /EU-Wasserrahmenrichtlinie - Signifikante anthropogene Belastungen S Stoffliche Belastungen aus Punktquellen Nachfolgend sind die Einleitungsfrachten aus Kläranlagen des Wupperverbandes in das Gewässersystem der Wupper als wesentlichste Punktquellen dargestellt [ 2 ]: Chemischer Sauerstoffbedarf CSB Mg/a CSB Buchenhofen Kohlfurth Burg Radevormwald Hückeswagen Schwelm Marienheide Wermelskirchen bei Messwerten < Nachweisgrenze wurde die Fracht mit der Nachweisgrenze gerechnet. Die realen Frachten liegen niedriger gesch gesch Phosphor P ges Mg/a P ges 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 Buchenhofen Kohlfurth Burg Radevormwald Hückeswagen Schwelm Marienheide Wermelskirchen gesch gesch.

12 13. Wasserbau-Seminar an der Universität Essen /EU-Wasserrahmenrichtlinie - Signifikante anthropogene Belastungen S Gesamter anorganischer Stickstoff N anorg Mg/a N anorg Buchenhofen Kohlfurth Burg Radevormwald Hückeswagen Schwelm Marienheide Wermelskirchen gesch gesch Frachten aus Misch- und Regenwassereinleitungen: Frachten aus Misch- und Regenwassereinleitungen haben vermutlich vor allem in der Wupper unterhalb Wuppertal beträchtlichen Einfluss. Zielwert bei üblichen Kanalnetzberechnungen nach dem ATV- Arbeitsblatt A 128 bzw. mit hinsichtlich Konzentrationen unkalibrierten Kanalnetzmodellen ist die CSB- Jahresfracht. Neben dieser sind für die Gewässerbiozönose jedoch vor allem Ammonium-Frachtstöße sowie in Einzelfällen Phoshorfrachten relevant. Diese Frachten und Ihre Auswirkungen sind mit üblichen Berechnungsmethoden nicht mit hinreichender Genauigkeit zu quantifizieren. Der Wupperverband beabsichtigt sich an Forschungsvorhaben zur Quantifizierung und Bilanzierung von Mischwassereinleitungen zu beteiligen.