Handbuch zur Gewässeruntersuchung Klassen 7-10

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1 zur Gewässeruntersuchung Impressum Studentisches Projekt der Hochschule Anhalt, 2008 Projektbetreuung: Bearbeiter: Prof. Dr. Erik Arndt (HS Anhalt) Frau Ines Wittig (Deutsche Umwelthilfe) Sandra Aermes Claudia Hubatsch Stefanie Kahnt Andreas Knoth

2 1. Ökologische Gewässerstruktur Die ökologische Gewässerstrukturgüte wird auf einem ca. 100 m langen Abschnitt des Gewässers erfasst, die biologischen Parameter aber nur punktuell (auf einem 10 m Abschnitt innerhalb dieser 100 m). Die hier nachfolgend aufgezählten Parameter erklären einige Begriffe aus dem Protokoll und tragen zur Auswertung mit bei. Es soll überprüft werden, welche Gewässerstrukturgüte (von sehr gut bis schlecht) vorherrscht, um Aussagen über den allgemeinen Gewässerzustand treffen zu können. Eine entsprechende Auswertungstabelle befindet sich im Protokoll. NUTZUNG DER GEWÄSSERUMGEBUNG Bei der Gewässerumgebung wird bewertet, wie die Umgebung genutzt ist, ob sie beispielsweise bewaldet oder bebaut ist. GEWÄSSERRANDSTREIFEN - naturbelassener, nicht genutzter Uferstreifen entlang des Gewässers - keine Wege - nicht gemäht - nicht als Weide genutzt - keine Kulturpflanzen oder standortfremden Bäume - natürliche Uferabbrüche und Verlaufsänderungen des Gewässers sind innerhalb des Gewässerrandstreifens möglich Ist der Gewässerrandstreifen in dem zu bewertenden 100-m-Abschnitt unterschiedlich breit, so ist die auf diesem Abschnitt überwiegende Mindestbreite (d. h. die zu über 50 % vorherrschende) für die Bewertung ausschlaggebend. Anfangs sollte die Breite des Gewässerrandstreifens (ab der Uferkante!) ausgemessen werden. GEWÄSSERVERLAUF - richtet sich nach den geographischen Verhältnissen (Talform, Gefälle, Untergrund, Abfluss) - ein natürliches Gewässer verläuft niemals schnurgerade Bei der Bewertung ist entscheidend, inwieweit der Gewässerverlauf vom Menschen verändert wurde. UFERBEWUCHS Bewertet wird der Bewuchs des Uferbereiches mit Bäumen, Stauden und Krautpflanzen. Ausschlaggebend ist, welcher Bewuchs zu mehr als 50 % im Abschnitt vorhanden ist. UFERSTRUKTUR Für die Bewertung der Uferstruktur entscheidend ist das Ausmaß der künstlichen Uferbefestigungen. Diese sind häufig auf den ersten Blick nicht zu erkennen, wenn sie überwachsen oder verfallen sind. Deshalb sollte an einzelnen Stellen ggf. mit einem Stock nachgeprüft werden, ob das Ufer mit eingebrachten großen Steinen, Mauerwerk, Beton, Faschinen (Ufersicherung aus Holz) o.ä. befestigt wurde. Ein wichtiger Anhaltspunkt ist die Frage, ob sich das Gewässer bei höherem Wasserstand ungehindert in die Breite ausdehnen kann. 2

3 GEWÄSSERQUERSCHNITT Entscheidend ist die Ausformung des Gewässerbettes (Querprofil), unabhängig vom aktuellen Wasserstand. Als Bezugspunkt für das Ausmessen von Breite und Tiefe gilt daher die Uferböschung. D. h., wie tief liegt die Gewässersohle unterhalb der Erdoberfläche des Gewässerumfeldes? Sind die beiden Uferseiten unterschiedlich hoch, wird gemittelt. STRÖMUNGSBILD Die Wasserströmung ruft unterschiedliche Strukturen an der Wasseroberfläche hervor, zum Beispiel Wirbel, Wellen oder Ähnliches. Diese bezeichnet man als Strömungsbild. Dazu muss man den Fluss in seiner ganzen Breite betrachten. Bei natürlichen Flussläufen ist die Strömung nie einheitlich. GEWÄSSERSOHLE Zu bewerten ist das Vorkommen unterschiedlicher Substrattypen im Gewässer. Die Gewässersohle kann aus unterschiedlichstem Substrat bestehen (z.b. Schlamm, Sand, Kies, Steine, Holz und Pflanzen) und sehr vielgestaltig sein. DURCHGÄNGIGKEIT Es gilt, alle Hindernisse zu erfassen, die Tiere (Wirbellose, Fische, Amphibien, Säugetiere) daran hindern, im Gewässer und entlang des Ufers zu wandern. Entscheidend für die Bewertung ist die Länge einer Verrohrung bzw. die Höhe und Beschaffenheit eines Querbauwerkes (Staustufe, Wehr etc.). Reicht eine Verrohrung in zwei nebeneinander liegende 100-m-Abschnitte hinein, dann wird sie nur in dem Abschnitt erfasst, in dem sie sich überwiegend befindet. AUSWERTUNG Strukturgüteklasse Grad der Belastung 1 Unbelastet 2 Gering belastet 3 Deutlich belastet 4 Merklich verschmutzt 5 Stark verschmutzt 3

4 2. Chemisch / physikalische Gewässeruntersuchung 2.1 Begriffserklärungen WASSERTEMPERATUR Die Temperatur des Wassers ist eine wichtige Größe. Sie wirkt sich unter anderem auf die Abbauleistung der Mikroorganismen sowie die Photosyntheseleistung der grünen Pflanzen aus und bestimmt den Sauerstoffbedarf der im Wasser lebenden Tiere. Außerdem hat die Wassertemperatur Auswirkungen auf die Löslichkeit von Gasen, wie Sauerstoff und Kohlendioxid. Mit steigender Temperatur sinkt die Löslichkeit von Sauerstoff im Wasser. In stark erwärmten Gewässern kann es daher schnell zu Sauerstoffmangel kommen. Die Entwicklung des Lebens beschleunigt sich mit dem Anstieg der Temperatur. Bakterien und Algen wachsen und vermehren sich besonders stark bei hohen Wassertemperaturen. SAUERSTOFFGEHALT Der Sauerstoffgehalt des Wassers sollte möglichst nah am Sättigungswert liegen, da ein hoher Sauerstoffgehalt eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Organismen ist. So führt zum Beispiel Sauerstoffmangel bei Fischen zu Verhaltensstörungen oder zum Absterben. Auch eine geringere Fitness ist möglich, wodurch die Fische geschwächt sind und häufiger von Parasiten befallen werden. Für die meisten Fischarten liegt der kritische Sauerstoffgehalt bei 2-5 mg/l. Alle Lebewesen, auch die Pflanzen, sind auf Sauerstoff für ihre Zellatmung angewiesen. Sauerstoffmangel wird insbesondere durch den bakteriellen Abbau organischer Substanz (die z.b. mit Abwasser in den Fluss eingeleitet wird) verursacht. BIOCHEMISCHER SAUERSTOFFBEDARF Der biologische Sauerstoffbedarf (BSB 5, auch biochemischer Sauerstoffbedarf genannt) gibt die Menge an Sauerstoff an, die zum biologischen Abbau der im Wasser vorhandenen organischen Stoffe unter bestimmten Bedingungen und innerhalb einer bestimmten Zeit benötigt wird. Das heißt mit dem BSB kann man den Verschmutzungsgrad eines Gewässers abschätzen. Die Ermittlung des BSB läuft wie folgt ab: Es werden zwei Probefläschchen mit Wasser gefüllt. Von der ersten Probe wird der Sauerstoffgehalt direkt bestimmt, von der Zweiten nach Ablauf einer Frist von 5 Tagen. Innerhalb dieser Zeit muss die Probe gut verschlossen an einem dunklen Ort bei ca. 20 C aufbewahrt werden. Ist der Sauerstoffverbrauch hoch, so muss die Belastung mit Bakterien groß gewesen sein, da durch die Abbautätigkeit der Bakterien viel Sauerstoff entzogen wurde. Ist dagegen der Sauerstoffverbrauch gering, so ist die Belastung mit Bakterien bzw. mit organischen Stoffen gering. PH-WERT Der ph-wert gibt den Säuregrad eines Gewässers an. Wasser enthält positiv geladene Hydronium-Ionen (H 3 O + ) und negativ geladene Hydroxid-Ionen (OH - ). Sind mehr H 3 O + -Ionen als OH - -Ionen im Wasser vorhanden, sinkt der ph-wert unter den Neutralpunkt 7. Das Wasser wird saurer. PH-Werte oberhalb 7 führen zu einer basischen Reaktion. Sauer ist beispielsweise Wasser, das aus Mooren oder Fichtenwäldern im Gebirge kommt (Mulde, Flüsse im Harz). Basisch ist Wasser aus Kalkquellen oder Bächen und Flüssen, die durch Kalksteingebiete fließen (Saale südlich von Halle). Die meisten Wasserbewohner können Werte zwischen ph 5 und ph 9 tolerieren. 4

5 STICKSTOFF Nitrat ist das Endprodukt des Eiweißabbaus im Wasser. Eingeleitetes oder vorhandenes + Ammonium (NH 4 ) wird unter Sauerstoffverbrauch von den Mikroorganismen zu Nitrit und Nitrat oxidiert. Der Stickstoff ist ein wichtiger Nährstoff und gelangt in Form von Ammonium (NH + 4 )über das Grundwasser ins Fließgewässer. Ein großer Teil kommt jedoch über Luft und Oberflächenwasser als Nitrat (NO 3 ) direkt in die Flüsse. Beide Ionen werden auch beim Abbau von organischer Materie im Wasser frei gesetzt. ELEKTROLYTISCHE LEITFÄHIGKEIT Die elektrolytische Leitfähigkeit ist ein Maß für die Menge der gelösten Ionen im Wasser. Salzbelastungen treten bei Einleitungen von häuslichen Abwässern, bei Abwässern aus industriellem Salzabbau und Einschwemmungen nach Winterstreuungen auf. Gemessen wird der Salzgehalt mit einer Elektrode in der Einheit µs/cm (Mikro-Siemens pro cm). Als optimal können Werte von 100 bis 300 µs/cm angenommen werden. 2.2 Protokoll Es werden zunächst 6 Größen gemessen und in der Tabelle notiert: Temperatur [ C], Sauerstoffgehalt [mg/l], Biologischer Sauerstoffbedarf ph-wert, Nitrat [mg/l], Elektrische Leitfähigkeit [µs/cm]. Der gemessene Sauerstoffgehalt [ mg/l ] muss unter Berücksichtigung der Wassertemperatur und mit Hilfe der nachfolgenden Tabelle in die Sauerstoffsättigung S [%] umgerechnet werden. Dafür gilt folgend Formel: S = C 100 Cs C = gemessener Sauerstoffgehalt Cs = Sauerstoffgehalt bei 100% iger Sättigung ( Die 100% ige Sauerstoffsättigung Cs kann mit der folgenden Tabelle ermittelt werden) 100%ige Sauerstoffsättigung (Cs in mg O 2 /l) in Abhängigkeit von der Temperatur (t in C): t Cs 14,64 14,23 13,83 13,45 13,09 12,75 12,42 12,11 11,81 11,53 11,25 10,99 10,75 t Cs 10,51 10,28 10,06 9,85 9,64 9,45 9,26 9,08 8,90 8,73 8,57 8,41 8,25 t Cs 8,11 7,96 7,82 7,69 5

6 DIE BERECHNUNG DER GEWÄSSERGÜTE Die Berechnung der Gewässergüte erfolgt in zwei Schritten. Die gemessenen Werte werden in Indexwerte, umgerechnet. Dies geschieht mit Hilfe der Tabelle der Indexe. Im zweiten Schritt werden die Werte dann miteinander verrechnet. Zur Berechnung dient folgende Formel: Index x Wichtung Die erhaltenen Produkte (Index x Wichtung) werden summiert. Daraus ergibt sich ein Wert zwischen 2 und 100. Mittels der Skala der Gewässergüte kann dieser Wert der Güte des gemessenen Gewässers zugeordnet werden. Die Messung der Parameter und Berechnung der Gewässergüte soll insgesamt dreimal durchgeführt werden, um Messfehler auszuschließen. Indexe für BSB 5 (O 2 -Zehrung in mg/l) O 2 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 Indexe 100,00 99,50 98,00 95,00 90,00 84,00 76,00 68,00 61,00 54,00 48,00 42,00 37,00 O 2 7,00 8,00 9,00 10,00 15,00 >15 Indexe 28,00 20,50 14,50 10,00 4,00 3,00 für elektrische Leitfähigkeit (in µs/cm)) µs/cm Indexe ,5 99, ,5 98, , µs/cm Indexe µs/cm Indexe für Nitrat (NO in mg/l) NO Indexe ,5 64,5 58,5 52,5 46,5 40,5 35,5 30 NO Indexe

7 für ph-wert ph 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 6,6 6,7 6,8 6,9 7 7,1 Indexe 1 2, ,5 56,5 78, , ,5 99,5 ph 7,2 7,3 7,4 7,5 7,6 7,7 7,8 7,9 8 8,5 9 9,5 10 Indexe ,5 98, ,5 83,5 78,5 55, ,5 Temperatur in C t < Indexe , , , ,5 t >29 Indexe 3 1,5 1 für Sauerstoffsättigung (S in %) S Indexe 2 3 4, S Indexe , Auswertungen Die Gewässergüte kann in folgender Tabelle abgelesen werden. Die Gewässergüte wird entweder in 4 Klassen und 3 Zwischenstufen nach der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) angegeben oder nach einem 5 - stufigen System der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie. Indexzahl Nach LAWA EU- Wasserrahmenrichtlinie 1 (sehr gut) 2 (gut) 3 (mäßig) 4 (unbefriedigend) 5 (schlecht) 7

8 3. Biologische Gewässeruntersuchung 3.1 Entnahme von kleinen Wassertieren NOTWENDIGES MATERIAL Ein oder zwei Haushaltssiebe zum Fangen der Tiere und für das Aussieben der Bodenproben. Ein Kescher zum Fangen von Tieren in Wasserpflanzen. Ein oder zwei Eimer für die Steine und Äste. Ein oder zwei Untersuchungsschalen, am besten geeignet sind weiße Fotoschalen (Größe etwa 20x30cm). Gläschen zum Sortieren der gefangenen Tiere. Lupen, am besten Becherlupen, (3 bis 5fache Vergrößerung) Pipetten, Pinsel, Federstahlpinzette Papier und Bleistift SO WIRD S GEMACHT Um die Qualität des Lebensraumes für Kleintiere zu untersuchen, wird folgendermaßen vorgegangen: 1. Sammeln Sie im Uferbereich und im seichten Wasser 10 handgroße Steine und sieben Sie fünfmal etwas Bodengrund. Legen Sie die Steine schnell in einen Eimer, damit flinke Kleintiere nicht flüchten können. Sind keine Steine vorhanden, können stattdessen auch Wasserpflanzen oder kleine Äste und Zweige gesammelt werden. 2. Führen Sie 5 Schläge mit den Keschern die Bestände von Wasser- und Sumpfpflanzen, und durch das freie Wasser. 3. Weitere 5 Kescherproben werden aus dem Sediment entnommen. Bevor Sie die Kescher in die Sammelschale oder den Eimer entleeren, versuchen Sie, den Kescher so weit wie möglich vorsichtig auszuwaschen. 4. Die Steine und Zweige werden ab gesammelt und alle Fänge in das Sammelgefäß gegeben. 5. Nun werden die Tiere bestimmt. 6. Nach der Bestimmung und Beobachtung werden alle Tiere wieder vorsichtig in das Wasser zurückgesetzt. Alle Individuen werden beim Auszählen vorsichtig mit einer flachen Federstahlpinzette oder einem breiten Tuschepinsel (die Tiere sind fast durchweg sehr zerbrechlich) in einen mit Wasser gefüllten Eimer überführt, um sie nach beendeter Untersuchung wieder auszusetzen. Als noch günstiger für diese Arbeit hat sich ein kleiner Sieblöffel (Natriumlöffel) erwiesen, wie er im Fachhandel für den chemischen Laborbedarf erhältlich ist. Falls Steine oder Holz im Wasser liegen, sollten auch diese hochgenommen werden, um die auf der Unterseite befindlichen Tiere mit dem Pinsel in die weiße Schale abzustreifen. Hierbei muss man möglichst schnell den hochgenommenen Stein über die Auszählschale halten, da sich einige Arten bei Beunruhigung sofort fallen lassen. 8

9 3.2 Auswertung Quelle: Barndt, G. und Bohn, B. (1985): Biologische und chemische Gütebestimmung von Fließgewässern. Mit Zeichnungen von W.Roloff, Berlin (Pädagogisches Zentrum) 9

10 ZUM AUSWERTUNGSPROTOKOLL Tiergruppe Spalte 1 gefunden Spalte 2 Formenzahl Spalte 3 Entscheidungsklasse Steinfliegenlarven A (2 oder mehr), B (1) Eintagsfliegenlarven B (ab 3), C (2), weiter (2 oder 1) Köcherfliegenlarven B (4), C (1-3) Flohkrebse C (2), weiter (1) Schlammfliegenlarven Immer D Wasserasseln Immer D Egel Immer D Schlammröhrenwürmer Muscheln Schnecken Plattwürmer Mückenlarven Wassermilben Käfer, Käferlarven Anzahl der Arten: Immer E Ohne Einfluss auf die Entscheidungsklasse Entscheidungsklasse: 10

11 4. Zusätzliche Information Handbuch 4.1 Fischregionen Quelle: Uwe Wegener, Naturschutz in der Kulturlandschaft, 1998 Jeder Fluss kann in verschiedene Abschnitte, von nahe der Quelle bis zur Mündung eingeteilt werden. Diese Abschnitte heißen Flussregionen. In jedem Flussabschnitt leben ganz bestimmte Fische. Die Flussregionen tragen deshalb Namen der Fische. 11

12 FORELLENREGION Die Forellenregion befindet sich am Oberlauf eines Flusses. flaches Bachbett sehr starke Strömung Wassertemperatur steigt selten über 10 C Boden: mit Geröll und Kies bedeckt Leitfisch: Bachforelle Begleitfische: Groppe, Elritze und Bachneuauge ÄSCHENREGION Die Äschenregion befindet sich unterhalb der Forellenregion am Bach. mehr Pflanzen als in der Forellenregion Wassertemperatur steigt im Sommer bis auf 15 C Boden: mit Kies bedeckt Leitfisch: Äsche Begleitfische: Nase, Döbel, Gründling, Schneider, vereinzelt Bachforelle BARBENREGION Die Barbenregion ist dem Unterlauf des Flusses zugeordnet. Wassertemperatur beträgt im Sommer mehr als 15 C Boden: aus grobem Sand, teilweise Kies Flussbett wird breiter schwache Strömung am Ufer oft Schilf Leitfische: Barbe Begleitfische: Hecht, Rotfeder, Döbel und Rotauge BLEIREGION Die Bleiregion ist die größte der vier Fischregionen und liegt am Unterlauf eines Flusses. Temperaturen steigen im Sommer bis 20 C im Winter friert der Fluss hier manchmal zu Pflanzenbewuchs ist sehr üppig Boden: sandig, teilweise lagert sich Schlamm ab Leitfisch: Blei (Brachse) Begleitfische: Flussbarsch, Rotfeder, Rotauge, Schleie, Aal, Wels und Hecht KAULBARSCH-FLUNDER-REGION (auch Brackwasser-Region) Die Brackwasserregion umfasst die Mündung des Flusses ins Meer. Der Wasserstand an der Mündung der Elbe ist abhängig von Ebbe und Flut. Wassertemperatur beträgt im Sommer 20 C und mehr Leitfische: Kaulbarsch und Flunder Begleitfische: Stichlinge, Zander, Hecht, Finte, Aal, Stint 12

13 4.2 Wasserpflanzen als Zeigerorganismen Neben chemischen und physikalischen Daten sowie Kleintieren lässt sich auch mit dem Auftreten von Wasserpflanzen die Güte von Gewässern bestimmen. Allerdings ist dieses Verfahren unvollständig und kann nur als grobe Orientierung dienen Auswertung Vergleichen Sie die gefunden Pflanzen mit den Abbildungen! Die Spalte, in der die meisten Pflanzen gefunden wurden, entspricht der Gewässergüteklasse. 13

14 Gewässergüteklasse 2 Handbuch Haken- Wasserstern Armleuchteralge Kleine Wasserlinse Teichrose Glänzendes Laichkraut Durchwachsenes Laichkraut Kleines Laichkrau Seerose Ähriges Tausendblatt Wasserknöterich Flutender Wasserhahnenfuß Einfacher Igelkolben Gemeiner Wasserschlauch Gewässergüteklasse 3 Zwerglinse Kanadische Wasserpest Krauses Laichkraut Schwimmendes Laichkraut Teichlinse Teichfaden Gewässergüteklasse 4 Nutall`s Wasserpest Spreizender Hahnenfuß Gewässergüteklasse 5 Büschelwasserlinse Kammförmiges Laichkraut Gemeines Hornblatt 14