Erfassung und Bewertung des Stoffrückhalts in Auen der Elbe

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1 Erfassung und Bewertung des Stoffrückhalts in Auen der Elbe Frank Krüger, ELANA Mathias Scholz, Martina Baborowski, Holger Rupp, UFZ Workshop Sedimentmanagement der FGG Elbe am 17. & in Hamburg ELANA elbtalanalyse.de Boden Wasser Monitoring gefördert durch Schadstoffsanierung Elbesedimente - ELSA

2 Gliederung Funktionen von Auen Zielstellung Aufbau der Studie Ergebnisse und ihre Diskussion Defizitanalyse Zusammenfassung

3 Funktionen von Auen Auen sind Lebensraum für Tier- und Pflanzengemeinschaften Produktionsstätte für Futter- und Lebensmittel Retentionsflächen für Hochwässer Sedimentationsräume Senken für Schadstoffe Der hochwassergebundene Sedimentund Schadstoffeintrag in Auen ist Teil des Sedimenttransportes!!! Biosphärenreservatsverwaltung Niedersächsische Elbtalaue

4 Zielstellung Grundsätzlich gilt: I. Prozesse der Mobilisierung, des Transportes und des Eintrages/Rückhaltes von partikulären Stoffen sind bekannt. II. Es mangelt an einer zusammenfassenden, integrierenden Auswertung und Interpretation vorhandener Daten!!!!!! Ziele der Studie: a. Abschätzung des großräumigen Sediment-(und Schadstoff)rückhalts in Auen entlang der Elbe b. Beitrag zur Verbesserung von Frachtabschätzungen c. Betrachtung der Auen als Teil des Sedimentmanagement-Raumes

5 Aufbau der Studie 5 stufig: 1. Recherche und Aufbereitung der Biotoptypen, resp. der Landnutzungen entlang der Elbe von der Deutsch-Tschechischen Grenze bis zum Wehr bei Geesthacht 2. Identifikation der Überflutungshäufigkeiten & Verschneidung der Landnutzungeneinheiten mit Überflutungshäufigkeiten 3. Datenrecherche- und aquise, Zusammenfassung der recherchierbaren Einzelfallstudien und Daten, auch des Schwebstofftransportes entlang der Elbe 4. Berechnung des Sedimentrückhaltes 5. Defizitanalyse

6 1. Recherche und Aufbereitung der Biotoptypen, resp. der Landnutzungen entlang der Elbe von der Deutsch-Tschechischen Grenze bis zum Wehr bei Geesthacht. Landnutzungs-Daten generiert aus dem DLM25

7 Landnutzungen der Auen in ausgewählten Flussabschnitten Flächennutzung rezente Aue Deutsche Elbe nach DLM25, Abrenzung rez, Aue nach BfN in ha Grünland (68%) > Acker (12%) >/=Wald (11%) > Gewässer (5%), gesamt: ha grassland > crops >/= forest > water

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10 2. Identifikation der Überflutungshäufigkeiten & Verschneidung der Landnutzungeneinheiten mit Überflutungshäufigkeiten Nutzen von FLYS, (Flusshydrologische Software, BfG) km , WEHNINGEN, total floodplain area: 705,1 ha MQ, Flooded area: 0% 2MQ Flooded area: 389 ha = 55% Q:1000 m 3 /s Flooded area: 69,8 ha = 10% Betroffenheit unterschiedlich großer Auenanteile! MHQ Flooded area: 659,8 ha = 94%

11 Größe der Überschwemmungsflächen in Abhängigkeit des Abflusses Betroffenheit bei 2MQ Betroffenheit bei MHQ Häufigere Überflutungen und Sedimenteinträge unterstromig der Saale!

12 Km , Radegast Identifikation der Überflutungshäufigkeiten & Verschneidung der Landnutzungeneinheiten (Digitales Landschaftsmodell DLM25) mit Überflutungshäufigkeiten (FLYS) Betroffenheit unterschiedlicher Biotoptypen!

13 Identifikation der Überflutungshäufigkeiten & Verschneidung der Landnutzungeneinheiten (Digitales Landschaftsmodell DLM25) mit Überflutungshäufigkeiten (FLYS) k.a. Acker Feuchtgebiete Gewässer Grü-land Sied-lung Vegetationslos Wald Gesamt 2MQ, ha 3,5 683,8 409,1 2149, ,0 29,4 40,1 438, ,1 % 0,9 9,1 71,4 70,9 26,0 1,5 22,5 6,6 23,5 MHQ, ha 263,2 3688,4 509,8 2821, ,3 184,7 68,5 5176, ,8 % HQ5, ha 382,3 5190,5 510,9 2860, ,4 311,2 99,1 5664, ,7 % HHQ, ha 396,8 7514,2 573,1 3033, ,2 1928,8 178,0 6663, ,1 %

14 3. Datenrecherche- und aquise, Zusammenfassung der recherchierbaren Einzelfallstudien und Daten, auch des Schwebstofftransportes entlang der Elbe Fracht, t/d Magdeburg Roßlau Mulde Saale 3/26/2006 3/27/2006 3/28/2006 3/29/2006 3/30/2006 3/31/2006 4/1/2006 4/2/2006 4/3/2006 4/4/2006 4/5/2006 4/6/2006 4/7/2006 4/8/2006 4/9/2006 4/10/2006 4/11/2006 4/12/2006 4/13/2006 SPM transport during high flood 2006 Kumulierte Frachten in Roßlau, Mulde, Saale und Magdeburg während des Hochwassers Fracht, t Rosslau Mulde Saale Summe Magdeburg Sedimentfallen

15 Arbeitsschritte und Methoden 3. recherchierbare Einzelfallstudien und Daten Institution Autoren Projekte Orte GKSS MEISSNER et al Mittelelbe bei Tangermünde Uni Hamburg SCHWARTZ et al Tideelbe, Untere Mittelelbe Uni Hamburg SCHWARTZ 2001 Auenregeneration durch Deichrückverlegung Untere Mittelelbe, Lenzen/Lütkenwisch UFZ FRIESE et al Oka-Elbe UFZ/ELANA KRÜGER et al ADHOC-Hochwasserprojekt Obere, Mittlere und Untere Mittelelbe Uni Lüneburg URBAN in VON HAAREN et al FLOWS Untere Mittelelbe LBEG KLEEFISCH, Gorleben UFZ VON TÜMPLING et al AQUATERRA Mittlere, Untere Mittelelbe, Mulde, Saale UFZ VON TÜMPLING, et al RIMAX Mulde UFZ BÜTTNER et al Untere Mittelelbe, Schönberg Deich UFZ BABOROWSKI et al. 2007a AQUATERRA Untere Mittelelbe, Schönberg Deich UFZ Baborowski et al. 2007b AQUATERRA Fließstrecke Magdeburg- Wittenberge UFZ SCHOLZ, RUPP TERRENO Mittlere Mittelelbe, Roßlauer Oberluch UFZ RUPP, BOLZE, Phytoremediation Untere Mittelelbe, Schönberg Deich Uni Lüneburg KRÜGER, URBAN 2007, 2008 RAMWASS Untere Mittelelbe, Grippel, Wehningen, Radegast UFZ Scholz, Rupp, seit 2009 KLIWAS Untere und Mittlere Mittelelbe Uni Lüneburg KRÜGER, URBAN, seit 2009 KLIMZUG Untere Mittelelbe

16 Methodik der Hochflut-Sedimentgewinnung Kunstrasenmatte auf PVC-Platte, 4-5 Parallelen Am Boden befestigt mit cm Nägeln Im Gelände installiert vor dem Hochwasser Bergung nach dem Hochwasser Ausspülen mit Hochdruck in Kunststoffbox Sedimentation 24 h Dekantieren des Überstandes Überführung in Eindampfgefäß Sedimentation 24 h Dekantieren des Überstandes Trocknung

17 Daten Daten: 163 Einzelbefunde, 56 Kornanalysen Flussabschnitte Mittlere Mittelelbe 32 Untere Mittelelbe 131 Standorte 55 Hochwässer 20 Nutzung Wald 3/+5 Röhricht 5 Grünland 47 Morphologische Exposition Ufer 14 Flutrinne 19 Abflusslose Senke 10 Plateau 12

18 Lage der Untersuchungsflächen an der Elbe Mündung km 730 Geesthacht, km 585 Magdeburg Datenlücken Untersuchungsflächen Dresden Grenze, km 0 Prag

19 Lage der Untersuchungsflächen an der mittleren Mittelelbe Saalemündung Untersuchungsgebiete Muldemündung Defizit: a) Unterstromig der Mulde, links b) Unterstromig der Saale, links und rechts c) Wald

20 Zusammenfassung aller Sedimenteinträge ; Mittelelbe, n =163 Sedimenteintrag g/m FHW 97 SHW 97 FHW 98, g/m2 WHW 98/99 SHW 2002 FHW 2003 FHW 04_1 FHW 04_2 WHW 04 FHW 05_März FHW 05_April FHW 2006 SHW_2006_2 FHW 07 FHW 2008 FHW 2008_2 FHW 08_3 FHW 2009 FHW 2010 FHW Entfernung zur Elbe, m

21 Zusammenfassung aller Sedimenteinträge ; Mittelelbe, n =163

22 Zusammenfassung aller Sedimenteinträge ; Mittelelbe, n = Sedimenteinträge Sedimenteintrag g/m Untere Mittelelbe Mittlere Mittelelbe Wald Entfernung zur Elbe, m To do: Gliederung hinsichtlich Fracht, Nutzung, Morphologie

23 Untere Mittelelbe Abflussabhängigkeit der Sedimenteinträge? Mittlere Mittelelbe Wald

24 Zeitreihen Schönberg Deich, km 438 Wehningen, km 512

25 Einfluss von Vegetation und Morphologie

26 Sedimenteinträge vs. Feinsedimenteinträge 2500 FHW 2006 Sedimenteinträge, g/m nur Feinkorn Q max 3212, Aken Q max 3590, Neu Darchau Biberwerder Schönberg Deich Entfernung, m

27 4. Berechnung des Sedimentrückhaltes auf Grundlage abflusspezifisch gruppierter Sedimenteinträge nah: 1,3 t/ha fern: - nah: 9,9 t/ha fern: 0,7

28 Großräumige Sedimentretention 2MQ: t MHQ: t Extreme: > t Bezogen auf die Jahresfrachten bei Hitzacker (Daten der BfG) beträgt der Sedimentrückhalt in den Auen bei niedrigen Hochwässern ca. 6,5 %, bei mittleren Hochwässern ca. 24 % und bei extremen Hochwässern bis 27 %.

29 Großräumige Sedimentretention, Schwebstoffdaten der BfG Fließzeitgerechte Differenzbildung von Schwebstofffrachten an Querprofilen MHQ Extrem 2MQ: t MHQ: t Extrem 2006: > t 2MQ Beachte: Aufweitung beim Eintritt ins Norddeutsche Tiefland sowie Auen unterstromig der Saaleeinmündung

30 Großräumige Schadstoffretention, Bsp. Hg Hg-Retention in den gesamten Elbauen: 0,08 t (bei 2MQ), Entspricht: 8 bis 57 % der jeweiligen Quecksilber- 0,23 t (bei MHQ) und 0,34 t (Extremabfluss) Jahresfracht in Schnackenburg

31 5. Defizitanalyse Die vorgelegten Ergebnisse von Hochflutsedimenten beruhen auf Studien, in deren Rahmen lokale Veränderungen der Bodenqualität ermittelt werden sollten. Eine repräsentative Verteilung entlang der Elbe liegt nicht vor. Notwendige Verbesserungen: Berücksichtigung von Messpunkten in der oberen Elbe Berücksichtigung von Messpunkten beim Eintritt der Elbe ins norddeutsche Tiefland, da dort die Elbe erstmalig aufweitet und nach Erfahrungen vom extremen Hochwasser 2002 und auf Basis vorgelegter Ergebnisse starker Sedimentrückhalt stattfindet. Berücksichtigung von repräsentativen Messpunkten zwischen Mulde und Saale am linken Ufer. Die Untersuchungsgebiete in den rechtselbischen Auen bei Steckby zeigten in Böden keine Beeinflussung durch die Mulde, weil diese bis dorthin nicht gleichmäßig eingemischt wurde. Berücksichtigung von Messpunkten unterstromig der Saale bis Magdeburg, vor allem um den Saale-bedingten Eintrag in die Auen zu quantifizieren.

32 Defizite Des Weiteren lag keine Repräsentativität bzgl. der auentypischen Nutzungen vor. Während Grünlandstandorte ausreichend vertreten waren, fehlten repräsentative Ergebnisse aus Waldstandorten. Notwendige Verbesserungen: Berücksichtigung von Sedimenteinträgen an repräsentativen Waldstandorten vor allem zwischen Wittenberg und Barby.

33 Zusammenfassung Grünland ist die dominierende Nutzungsart der Elbauen Wald ist verbreitet zwischen Wittenberg und Barby Ober- und unterstromig der Saale werden die Auen unterschiedlich häufig überflutet Mit Hilfe von Sedimentfallen sind plausible Messungen zur Berechnungen des Sedimentrückhaltes möglich, Unsicherheiten bleiben Die Ausdehnung von Auen ist relevant für den Sedimentrückhalt Sedimentrückhalt in Auen ist ein wesentlicher Parameter des Stoff- Transportgeschehens Eine Verbesserung und Anpassung des Probenahmedesigns im Hinblick auf die Erfassung des großmaßstäbigen Sedimenthaushaltes birgt Potenzial zu weiteren Verbesserung der Ergebnisse

34 Sommer 2013, Wehningen, km 512 Dank für Aufmerksamkeit