Sedimente in Seitenstrukturen der Elbe. Susanne Heise

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1 Sedimente in Seitenstrukturen der Elbe Susanne Heise

2 Was sind Seitenstrukturen der Elbe? Seitenstrukturen sind Gewässer in den Talauen, die nur geringe oder keine Anbindung an den Hauptfluss haben, die aber bei erhöhten Abflussverhältnissen überflutet werden und Sedimente mit der Elbe austauschen können. Zum Beispiel: okleine Häfen oaltarme (mit Anbindung) oaltwasser (ohne Anbindung)

3 Relevanz der Seitenstrukturen für die Elbe? >1000 Seitenstrukturen im nicht-tidalen Gebiet der deutschen Talaue davon 1/3 länger als 500 m gesamte Oberfläche ca. 50 km 2 Annahme: Senken für historisch kontaminierte Sedimente WENN Kontamination der oberen 30 cm der Sedimente 9 mio m 3 Frage: Sind Seitenstrukturen auch Quellen? Resuspension und Transport der Sedimente in die Elbe?

4 Ziel der Untersuchung o Bestimmung des potenziellen Risikos ausgesuchter Seitenstrukturen o Quantifizierung des Risikos für die Elbe? o Können Parameter, die mit diesem Risiko korreliert sind, identifiziert werden? (z.b. Lage in der Talaue, Häufigkeit der Überflutung, Elb-Anbindung) Vorhersage eines Risikos für Seitenstrukturen entlang der Elbe? ggf. Berücksichtigung im Sedimentmanagementplan

5 Untersuchtes Gebiet Elbe-km Seitenstrukturen in 7 Arealen 2 3 Probenahmen pro Seitenstruktur

6 Herangehensweise Untersuchung von 15 Seitenstrukturen bzgl. : o o o o o Erodierbarkeit der Sedimentoberfläche Erodierte Masse bei überkritischer Schubspannung Tiefe der Sedimentschicht Chemische Kontamination Ökotoxikologische Effekte (Mikrotoxtest)

7 .. im Detail on site Messung der Erosionsstabilität Microtox test (methanol extract) Fluffy layer 0-1,5 3-4,5 6-7,5 9-10, cm cm Analyse historischer Kontaminat. (HM, HCB, PAH, PCB) Transport zum Labor, Bestimmung der erodierten Masse bei überkritischem U* Tiefe Sedimentprobe mit Bohrer

8 Prinzip der Bestimmung der Erosionsstabilität mit dem Gust schen Mikrokosmos Feldmessungen Prinzip: Schrittweise Erhöhung der Scherkräfte Montoring der Trübung From Thomsen & Gust, 2000, modified 35 2,5 Trübung (ppm) U* Trübung 2 1,5 1 0,5 U* (cm/s) U crit 2 U crit 1 Radiale Verteilung der Schubspannungsgeschw Zeit (min)

9 Klassifikation der Erosionsmessungen Bewertung Erodierbarkeit Hohe u crit (>2 cm/s), geringe erodierte Masse Mittlere u crit (1 bis 2 cm/s), Moderate erodierte Masse geringe u crit (<1 cm/s), Hohe erodierte Masse

10 Klassifikation der Kontamination Schwankungsbreite der Kontaminationen in 90 Sedimentproben der Seitenstrukturen Bezug: Oberer Schwellenwert der IKSE-Klassifizierung e.g. Metalle Concentration in mg/kg As Pb Klassifikation Cr Cu Substanzen > oberer Schwellenw.. > 4-7 Substanzen > oberer Schwellenw. > 7 Substanzen > oberer Schwellenw. Concentration in mg/kg (Cd, Ni, Hg) Cd Ni Hg Zn Concentration in mg/kg (Zn) Mehr als 75 % der Sedimentproben von 15 Seitenstrukturen übersteigen die oberen Schwellenwerte von As,Pb, Ni, Cd, Hg, p,p DDD

11 Klassifizierung der Sedimenttiefe Messung der Schlammschichtdicke durch Peilstab: Annahme: Potenziell remobilisierbar Kategorisierung Dünne Sedimentauflage: < 20 cm Mitteldicke Sedimentauflage: cm Dicke Sedimentauflage: > 50 cm

12 Visualisierung der Ergebnisse Sedimentkontamination Erodierbarkeit Sedimentdicke

13 Visualisierung der Ergebnisse: Seitenstruktur Losenrade Sedimentkontamination Erodierbarkeit Sedimentdi cke

14 Beispiel: Seitenstruktur bei Grippel Sediment kontamination Erodierbarkeit Sedimentdicke

15 Visualisierung der Ergebnisse: Seitenstr. Grippel Sediment kontamination Erodierbarkeit Sediment dicke

16 Integration der Ergebnisse Sediment kontamination Erodierbarkeit Sediment dicke

17 Integration der Ergebnisse Sediment kontamination Erodierbarkeit Sediment dicke

18 Ergebnisse: Seitenstruktur bei Grippel

19 Überblick: Risikopotenzial der untersuchten Seitenstr. Nur eine Seitenstruktur auffällig Ökotoxikologie? Zunehmendes Risiko für die Elbe

20 Wirkung im Leuchtbakterientest (methanol. Extrakte) 0-10 cm cm > 20 cm Alle anderen 240 Daten: unauffällig Ökotoxizität: Keine Korrelation zur gemessenen Belastungen. Hohe Wirkung im LBT (Me-Extrakt) nur in Brandleben (>55 % Hemmung)

21 Überblick: Risikopotenzial der untersuchten Seitenstr. 10 Proben hohe toxische Wirkung 60 91% Hemmung Ursachen unbekannt! Klassifizierung Brandleben als hohes Risiko Ökotoxikologie! Zunehmendes Risiko für die Elbe

22 Können wir das Risiko für die Elbe quantifizieren? Wieviel an Kontamination könnte ausgetragen werden? Erodierte Masse bei Sedimentkernen: 0,3 bis 8 g, eine Stunde Messung von Kupfer in dem erodierten Material: tw. >1500 mg Cu/kg

23 Suspendierung von Kontamination aus Seitenstrukturen? Resuspendierung: Bis zu 3,5 kg/ha

24 Wie wahrscheinlich ist der Austrag? Wie wahrscheinlich ist es, dass U* überschritten wird? U* von 2,3 cm/s ~ 1,6 km/h Fließgeschwindigkeit Austrag wird eher unterschätzt. Aber: hohe Variabilität in der Belastung Nicht alle sind S.st. angeschlossen Sedimentation in der Talaue? Nach Schwartz et al. 2004: Sedimentauftrag auf überflutete Auenflächen: 1,5 kg/m 2 /a Diese Studie: Reuspendierung pro m 2 : bis zu 1 kg/m 2 Höhere Bedeutung der angeschlossenen S.st. Für die Elbe! Frank Krüger?

25 Haben wir unsere Projektziele erreicht? o Bestimmung des potenziellen Risikos ausgesuchter Seitenstrukturen Von ca. 50 % der untersuchten Seitenstrukturen wird ein Risiko für die Elbe bei höheren Abflüssen angenommen Hohe Schadstoffbelastung Vielfach hohe Sedimentauflagen > 50 cm Mindestens die oberste Schicht ist erodierbar Ökotoxikologische Effekte?

26 Haben wir unsere Projektziele erreicht? o Quantifizierung des Risikos für die Elbe? Austrag kann erheblich sein! Beispiel: Kupfer bis zu 3,5 kg/ha (eher Unterschätzung) Gesamtmenge, die tatsächlich bei Hochwasser erodiert wird?

27 Haben wir unsere Projektziele erreicht? o Können Parameter, die mit diesem Risiko korreliert sind, identifiziert werden? (Lage in der Talaue, Häufigkeit der Überflutung, Anbindung an die Elbe ) Vorhersage eines Risikos für Seitenstrukturen entlang der Elbe? Nein, keine Korrelation zu aufgenommenen Parametern. ABER: nur 15 Seitenstrukturen untersucht. Trend: Höheres Risiko in angeschlossenen Seitenstrukturen

28 Ausblick / weitere Forschungsaktivitäten Ökotoxikologische Untersuchungen Ageing. Welche Effekte gehen von den Schadstoffkonzentrationen aus? Validierung der These, dass in den angeschlossenen Seitenstrukturen ein hohes Risiko besteht Überprüfung, wieviel durch ein Hochwasser tatsächlich resuspendiert wird

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Susanne Heise Und vielen Dank an die Helfer bei den Probenahmen und Messungen Nadine Heuer Andreas Zipperle Henning Tien Frank Krüger Henning Herrmann Sascha Seemann Stanislav Taran Und an ELSA für die Finanzierung Oleg Ernst