Baden in Fließgewässern - Entwicklung von Frühwarnsystem zur Information der Bevölkerung über hygienische Risiken in Badegewässern

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1 Baden in Fließgewässern - Entwicklung von Frühwarnsystem zur Information der Bevölkerung über hygienische Risiken in Badegewässern Innovation treibt Praxis, Praxis treibt Innovation, Wasser Berlin International, 30. März 2017 Pascale Rouault, Wolfgang Seis und alle Projektpartner

2 Baden in Fließgewässern Deutschlandweit rund 2000 offizielle Binnenbadegewässer Nur ca. 30 offizielle Badegewässer an Flüssen Weil Vielfältige Nutzungen von Fließgewässern (Schifffahrt, Naturschutz, ), Starke Strömungen Pflichten aus der Badegewässerrichtlinie (2006/7/EG): Bewertung fäkaler Verschmutzung über Indikatoren auf Basis der Ergebnisse der vergangenen vier Badesaisonen, mindestens 16 Proben: Parameter Ausgezeichnete Qualität Gute Qualität Ausreichende Qualität Intestinale Enterokokken 200* 400* 330** Escherichia Coli 500* 1000* 900** (*) Auf der Grundlage einer 95-Perzentil-Bewertung. (**) Auf der Grundlage einer 90-Perzentil-Bewertung Anforderungen bei Anfälligkeit gegenüber kurzzeitigen Verschmutzungen: Aufbau geeigneter Frühwarnsysteme Ergreifen geeigneter Maßnahmen um Ursachen kurzzeitiger Verschmutzungen zu verringern und beseitigen.

3 Was sind die Spree und die Havel für Flüsse? Fließgewässertyp: Sandig lehmige Flüsse des Norddeutschen Tieflands Geringes Gefälle: Im Sommer oft sehr langsame Fließgeschwindigkeiten 0.15 ± 0.10 m/s Staugeregelt (Mühlendamm, Charlottenburg, Spandau u.a.) Durchfluss und Fließgeschwindigkeiten können sich kurzzeitig ändern Vielfältige Nutzungen Bundeswasserstraße Badegewässer (Unterhavel) + Freizeitnutzung Trinkwassergewinnung (Unterhavel) Stark urban geprägt Einträge aus der Siedlungsentwässerung Anfälligkeit für kurzzeitige Verschmutzungen nach Starkregen 3

4 Daten als Grundlage für die Entwicklung eines frühwarnsystems Quantifizierung der Einträge aus: Kläranlagen Misch- und Regenwasserkanalisation Fehl- und Falschanschlüssen Dynamik hygienischer Parameter mit der fließenden Welle Ereignisbezogene Probennahmen an existierenden und geplanten Badegewässern inkl. viraler Krankheitserreger und Indikatoren Parameter Chemisch - physikalische Parameter: Nährstoffe, abfiltrierbare Stoffe, BSB 5, CSB, Trübung, Lf Biologische Parameter E.coli, Intestinale Enterokokken, somatische Coliphagen, F- spezifische Bakteriophagen, Adenoviren, Noroviren, Rotaviren, Dauerstadien parasitärer Einzeller (Kryptosporidium, Giardia), Chlorophyll a, Phytoplankton, Mikrozooplankton (heterotrophe Flagellaten, Ciliaten)

5 Einträge aus der Regen- / Mischwasserkanalisation Repräsentative Daten für Regenwasserbelastung (Beispiel Berlin) Wichtige Mischwassereinleitung Regenwassereinleitung großes Gebiet 190 ha mit Fehlanschlüssen/ Gebiet ohne Fehlanschlüsse Ermittlung Frachten, Belastung, Bewertung Maßnahmen (z.b. Bekämpfung Fehlanschlüsse) Probennahmen automatisiert und ereignisbezogen, volumenproportionale Mischproben / zeitaufgelöste Proben 5

6 Größenordnungen der hygienischen Belastungen aus Regenwasser Mit Fehlanschlüsse Ohne Fehlanschlüsse Mit Fehlanschlüsse Ohne Fehlanschlüsse 6

7 Monitoring mit der Fließende Welle Fließzeitkonforme Beprobung von Mischwasserüberläufen entlang der Spree zur Untersuchung des Abbaus hygienischer Parameter Datengrundlage für deterministische Modellierung Strategie Systemüberwachungsdaten + Durchflussmessung im Entlastungskanal Echtzeitsimulation der Fließzeit zur Bestimmung der Probennahmezeitpunkte / - räume Verfolgung des Ereignisses mittels Leitfähigkeitsund Sauerstoffmessungen im Gewässer Transversale und longitudinal Mischproben über das ganze Ereignis an 4 Brücken

8 Erfassung der Dynamik entlang der Fließstrecke 1 4 Nächste Schritte: Ableitung globaler Abbaurate durch Berücksichtigung von Verdünnungseffekten über konservative Tracer

9 Abbauprozesse: Experimente zur Aufnahme von Bakterien und Viren durch Protisten Universität zu Köln, AG Arndt 1. Experimente zur Aufnahme der Bakterien durch Protisten (Flagellaten und Ciliaten) an allen Modellregionen Zugabe von DTAF-gefärbten E.coli - Bakterien (5-(4,6-dichlorotriazin-2-yl)aminofluorescin) Quantifizierung der aufgenommenen Bakterien 2. Experimente zur Aufnahme der Viren durch Protisten (Flagellaten und Ciliaten) 20µm Vorticella similis (Glockentierchen, Ciliat) 10µm Ochromonas sp. (Flagellat) Quantifizierung der von Ciliaten/Flagellaten aufgenommenen Virus-ähnlichen Partikeln Quantifizierung der von Flagellaten/Ciliaten aufgenommenen Modellviren

10 Erfassung der Dynamik an Badestellen Probenahmestrategie: 12h Mischproben nach Starkregenereignissen über 5 Tage

11 Erfassung der Dynamik an Badestellen Ereignis Grenzwertüberschreitung in 6 von 7 Fällen - 1 Überschreitung durch wöchentliche behördliche Überwachung im selben Zeitraum

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13 Aufbau von Modellen: Hydraulische Eintragsmodellierung Schmutzwassereinträge durch Mischwasserüberläufe 2016 (Infoworks SE) Mischwasserauslässe: Auslässe, 81% des Gesamtvolumens Welcher Anteil der Mischwasserentlastung erreicht die Badegewässer in der Unterhavel? Regenwassereinzugsgebiete an der Berliner Vorstadtspree Aufbau eines vereinfachten Niederschlags- Abflussmodells mit R

14 Modellierung / Vorhersage der Belastung Numerische (prozessbasierte) Modellierung - Untersuchung der Systemzusammenhänge - Ziel: - Vorhersagefähigkeit (Ursache- Wirkungs-Beziehungen), - Bewertung von Maßnahmen

15 Und nun? Der Weg zum Frühwarnsystem - Ziel: Kurzfristige Prognosefähigkeit anhand schnell bzw. online zu messender Umweltvariablen - Prognose von mikrobiellen Belastungen - Sind die vom Gesetzt vorgesehenen Parameter ausreichend, um die Bevölkerung zu schützen - Risikoabschätzung auf Basis der prognostizierten Belastung

16 Modellierung / Vorhersage der Belastung Statistische Modellierung Regressionsbasierte Modelle mit Online Parametern, hier Beispiel bei Berücksichtigung Durchfluss, Regenmenge, Globalstrahlung, Ablauf KA

17 Berechnung des Infektionsrisikos Nutzung der statistischen und deterministischen Modellierung zur Prognose der Konzentration an Krankheitserregern Aufstellen von Expositionsszenarien für relevante Freizeitnutzungen und Bevölkerungsgruppen Berechnung der dynamischen Infektionswahrscheinlichkeit durch Verknüpfung mit pathogenspezifischen Dosis-Wirkungsbeziehungen Berechnung des Risiko in disability adjusted life years (DALYs)

18 Zusammenfassung und Ausblick Gegenwärtige Badegewässerüberwachung erfasst nur einen kleinen Teil der tatsächlich existierenden Belastungen Bedarf an verlässlichen Prognoseinstrumenten Deutlicher Zusammenhang zwischen Starkregen und Belastung an Badegewässern bestätigt Aufbau Konzept für Frühwarnsysteme Wissenschaft trifft Praxis?

19 Projektpartner Verbundpartner 1. Kompetenzzentrum Wasser Berlin 2. Berliner Wasserbetriebe 3. Bundesanstalt für Gewässerkunde 4. Umweltbundesamt 5. Rheinische Westfälisches Institut für Wasserforschung 6. Ruhrverband 7. Dr. Schumacher - IWU 8. Bayerisches Landesamt für Umwelt 9. Inter3 10. Universität zu Köln Assoziierte Partner 1. Stadtentwässerung München 2. Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit 3. Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt Berlin 4. Stiftung Zukunft Berlin