Bachelor-Arbeit - bei der Abteilung für Hydrologie und

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Bachelor-Arbeit
Im Studiengang Agrarwissenschaften
Fachrichtung Umweltwissenschaften
Längsschnitt-Analyse des Durchflusses und der
Frachten ausgewählter Wasserinhaltsstoffe
in drei Flusseinzugsgebieten
des Norddeutschen Tieflandes
vorgelegt von
Torge Beckmann
Kiel, im Mai 2012
1. Prüferin: Prof. Dr. Nicola Fohrer
2. Prüfer: Dr. Hilmar Messal
Institut für Natur- und Ressourcenschutz
Abteilung Hydrologie und Wasserwirtschaft
Agrar- und Ernährungswissenschaftliche Fakultät der
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Bachelor-Arbeit Torge Beckmann
Kurzfassung
Die vorliegende Arbeit ist eingegliedert in das „NaLaMa-nT“-Projekt (Nachhaltiges
Landmanagement im Norddeutschen Tiefland) und dient der Erfassung von Ist-Zuständen an
ausgewählten Flusseinzugsgebieten durch Messungen und Analysen. Der wissenschaftliche
Teil ist dabei in eine umfassende Fehleranalyse, eine an der Landnutzung orientierten
Gebietsanalyse sowie einer Einschätzung der Gewässergüte nach den Vorgaben der LAWA
(Bund/Länderarbeitsgemeinschaft
Wasserinhaltsstoffe
untersuchten
Wasser)
gegliedert.
Einzugsgebiete
sind
Die
auf
die
bestimmte
Buckau
(Pegel
Herrenmühle/Forellenhof), die Nuthe in Sachsen-Anhalt (Pegel Walternienburg) sowie das
Demnitzer Mühlenfließ (Pegel Berkenbrück-1). Nach der Durchführung von drei
Messkampagnen, jeweils im Frühjahr und im Herbst 2011, auf denen Wasserproben
genommen und Profildaten erfasst wurden, folgten Laboranalysen zur Bestimmung von
Ammonium-Stickstoff, Nitrat-Stickstoff, Nitrit-Stickstoff, Gesamtstickstoff, Orthophosphat,
Gesamtphosphor, Chlorid und Sulfat.
Es zeigt sich, dass die zur Fehleranalyse verwendeten Längs- und Knotenpunktbilanzen
hilfreich zur Analyse des Wasser- und Stoffhaushaltes sind. Anhand von Differenzen
innerhalb der Bilanzen konnten Gebietsspezifika aufgedeckt und mit Hilfe von
Landnutzungskarten einer ersten Gebietsanalyse unterzogen werden. Für das Demnitzer
Mühlenfließ können die meisten gefundenen Bilanzfehler erklärt werden. Die wesentliche
Besonderheit in diesem Einzugsgebiet sind Sumpf- und Niedermoorflächen, die durch ihre
speziellen Charakteristika Einfluss auf den Wasser- und Stoffhaushalt haben. Aber auch
landwirtschaftliche
Nutzung
wirkt
Zusammensetzung
auf
Fließgewässer
das
sich
besonders
aus,
hinsichtlich
weshalb
2/5
der
chemischen
aller
gemessenen
Konzentrationen die Zielwerte der Wasserrahmenrichtlinie nicht erreichen.
Es muss an dieser Stelle betont werden, dass alle hier abgeleiteten Güteklassen auf
einmaligen Messungen beruhen. Die hier abgeleiteten Güteeinstufungen verkörpern deshalb
nur Werte in Anlehnung an die LAWA-Wassergüteklassifizierung.
Die Buckau hingegen ist ein positives Beispiel für die Wasserqualität, zumindest aus der Sicht
der beiden durchgeführten Beprobungen. Das Erreichen von Zustandsstufe II in Anlehnung
an die LAWA Gewässergüteklassifizierung bis 2015 scheint wahrscheinlich, wenngleich
wenige Sulfatkonzentrationen noch etwas zu hoch sind. Entlang der Buckau gibt es zwei
Forellenteiche, deren Wirkung auf den Durchfluss und die Wasserqualität anhand der
Analysen erkennbar ist.
Die Nuthe, die südlich von der Buckau liegt, ist das komplizierteste Einzugsgebiet und enthält
die Stadt Zerbst/Anhalt, landwirtschaftlich genutzte Flächen sowie Wälder. Außerdem
nehmen Klärwerke Einfluss auf die Wasserqualität. Eine Besonderheit ist das Versickern des
Flusses aufgrund hoher Grundwasserflurabstände und durchlässiger Böden im Osten des
Gebietes. Die Längsschnittanalyse der Nuthe zeigt einige dieser Aspekte auf und erklärt sie
anhand
des
gemessenen
Abflusses
und
der
Konzentrationen
der
benannten
Wasserinhaltsstoffe. Hinsichtlich der Wasserqualität müssen gegenüber der Buckau
Abstriche gemacht werden. Die Landwirtschaft und die Klärwerke führen zu merklichen
Auswirkungen und sorgen für erhöhte Stickstoff- und Phosphorwerte. Das größte Problem
bereiteten jedoch, wie in der Buckau, die Sulfatkonzentrationen, die an manchen
Messpunkten Zustandsstufe III-IV erreichen. Eine gemeinsame Ursache ist aufgrund der
geographischen Lage wahrscheinlich.
Die allgemeine Fehleranalyse umfasst alle eventuell gemachten Fehler bei der
Datensammlung, -erfassung und -auswertung. Sie zeigt, dass Fehlerquellen nicht
auszuschließen sind, aber im Rahmen dieser Arbeit auf ein Minimum reduziert werden
konnten.
Die verwendeten Daten entsprechen dem Stand vom 20.05.2012.
Danksagung
Diese Arbeit ist das Produkt zahlreicher Arbeitsvorgänge, bei denen mir reichlich
Unterstützung zugekommen ist. Ich möchte daher den folgenden Personen meinen Dank
aussprechen.
Ich bedanke mich zunächst bei Prof. Dr. Fohrer, die mir diese Arbeit anvertraut hat und mich
stets, auch in persönlichen Gesprächen, motiviert und unterstützt hat.
Ein großes Dankeschön geht an den Zweitprüfer Dr. Messal. Er war immer sehr darum
bemüht innovative Lösungen zu finden und scheute sich nicht davor diese zu teilen. Ich
danke außerdem für die vielen wertvollen fachlichen Informationen und die Hilfe bei der
Datenarbeit.
Mein Dank gilt allen Personen, die geholfen haben die Messkampagnen durchzuführen.
Dabei denke ich stellvertretend an Inger Struck und Verena Dörfler, die für mich eine
besondere Hilfe waren.
Ohne die fachliche Hilfe der Laborangestellten wäre diese Arbeit ebenfalls nicht möglich
gewesen. Ich danke Monika Westphal, Bettina Hollmann und Imke Meyer für die gute
Betreuung und Zusammenarbeit.
Ein Dank gilt auch Florian Honsel, dessen Bachelorarbeit mir hinsichtlich der äußeren Form
geholfen und mir Ideen zur Gliederung gegeben hat.
Außerdem danke ich diversen Freunden und Verwandten für vielerlei Unterstützungen.
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Inhaltsverzeichnis
1 Einführung ............................................................................................................................. 6
2 Das Norddeutsche Tiefland .................................................................................................. 7
3 Die Untersuchungsgebiete .................................................................................................. 12
3.1 Gebiet Fläming ............................................................................................................... 12
3.2 Gebiet Oder-Spree.......................................................................................................... 15
3.3 Einfluss der Einzugsgebietsgröße auf die Messungen ................................................... 16
4 Material und Methoden ....................................................................................................... 17
4.1 Das Prinzip der Längsschnitt-und Knotenpunktanalysen............................................... 17
4.2 Auswahl aussagekräftiger Messpunkte.......................................................................... 18
4.3 Am Ort der Kampagnen.................................................................................................. 21
4.3.1 Teamstruktur und Equipment ................................................................................. 21
4.3.2 Vorgehen am Messpunkt ........................................................................................ 21
4.3.3 Bestimmung der physikalischen Parameter ........................................................... 22
4.3.3.1 pH-Wert ............................................................................................................ 23
4.3.3.2 Wassertemperatur [°C] .................................................................................... 23
4.3.3.3 Leitfähigkeit [µS/cm] ........................................................................................ 24
4.3.3.4 Sauerstoffgehalt [mg/l] .................................................................................... 24
4.3.4 Aufnahme von Querschnittsprofildaten ................................................................. 25
4.3.4.1 Elektroakustisches Strömungsmessgerät („Qliner“) ........................................ 25
4.3.4.2 Elektromagnetisches Fließgeschwindigkeitsmessgerät („FlowSens“) ............. 26
4.3.5 Aufbereitung und Lagerung der Proben ................................................................. 27
4.3.6 Vorgehen bei Geräteausfall .................................................................................... 27
4.4. Analysen/Methodik im Labor ........................................................................................ 27
4.4.1 Filtration .................................................................................................................. 28
4.4.2 Verfahren der chemischen Analysen ...................................................................... 28
4.4.2.1 Lösliche Phosphate ........................................................................................... 29
4.4.2.2 Gesamtphosphor .............................................................................................. 29
4.4.2.3 Ammonium ....................................................................................................... 29
4.4.2.4 Gesamtstickstoff............................................................................................... 29
4.4.2.5 Chlorid, Sulfat, Nitrat und Nitrit (IC) ................................................................ 30
4.4.3 Bearbeitung der Laboranalysedaten ....................................................................... 30
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4.5 Datenmanagement......................................................................................................... 31
4.5.1 Berechnung der Abflüsse mit Hilfe der „FlowSens“-Daten und dem Programm
„Fluegel“ .................................................................................................................. 31
4.5.2 Datenerfassung und Weiterverarbeitung ............................................................... 32
4.5.3 Darstellung der Werte in Übersichtsgrafiken ......................................................... 33
4.6 Das Prinzip der Fehlersuche bei Gebietsanalysen ......................................................... 35
5 Ergebnisse ............................................................................................................................ 35
5.1 Allgemeine Fehlerbetrachtung ....................................................................................... 35
5.1.1 Auswahl der Messpunkte ........................................................................................ 36
5.1.2 Subjektive Fehlerquellen (Messfehler durch das Personal) ................................... 37
5.1.3 Objektive Fehlerquellen (Messfehler durch technisches Equipment).................... 38
5.1.4 Laboranalytik (objektive und subjektive Fehler) ..................................................... 40
5.1.5 Äußere Störgrößen .................................................................................................. 42
5.1.6 Fehlerquellen bei der Weiterverarbeitung von Daten............................................ 43
5.2 Gebietsanalysen auf der Grundlage von Landnutzungskarten ..................................... 43
5.2.1 Gebietsübergreifende Einflüsse .............................................................................. 43
5.2.2 Fläming – die Buckau (Pegel Herrenmühle/Forellenhof)........................................ 44
5.2.3 Fläming – die Nuthe in Sachsen-Anhalt (Pegel Walternienburg)............................ 56
5.2.4 Oder-Spree Region – das Demnitzer Mühlenfließ (Pegel Berkenbrück-1) ............. 71
5.3 Bestimmung der Gewässergüte in Anlehnung an die LAWAGewässergüteklassifizierung zur Interpretation und Einordnung der Ergebnisse ........ 84
5.3.1 Hintergrund des Bewertungsmaßstabes ................................................................ 84
5.3.2 Gewässergüte der Buckau ....................................................................................... 85
5.3.3 Gewässergüte der Nuthe ........................................................................................ 88
5.3.4 Gewässergüte des Demnitzer Mühlenfließes ......................................................... 92
6 Vergleich mit anderen Arbeiten ......................................................................................... 96
7 Schlussteil............................................................................................................................. 97
7.1 Zusammenfassung:......................................................................................................... 97
7.2 Fazit ................................................................................................................................ 99
8 Quellen ................................................................................................................................ 100
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Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Das Norddeutsche Tiefland - Eine Übersicht der Bundesanstalt für Landeskunde (2012). ...................................................................................................... 7
Abbildung 2: Ergebnisse der Bestandsaufnahme der Flüsse 2005 nach BMU & UBA Kartengrundlage UBA/BKG (2005). ........................................................................ 10
Abbildung 3: Gesamtübersicht der Ergebnisse der Bestandsaufnahme der Flüsse 2005
nach BMU & UBA Kartengrundlage UBA/BKG (2005). ..................................... 10
Abbildung 4: Die Untersuchungsgebiete des „NaLaMa-nT“-Projektes im Überblick nach
Projektbeschreibung des Verbundprojektes „NaLaMa-nT“ (2010). ................ 12
Abbildung 5: Landnutzung im Einzugsgebiet der Buckau (rot: Siedlung, gelb: WaldStrauch-Übergang, dunkelgrün Nadelwald, mittelgrün Laubwald, hellgrün
Mischwald, matthellgrün Wiesen & Weiden, pink Industrie, blau Gewässer,
schwachbraun Ackerland). ............................................................................... 13
Abbildung 6: Landnutzung im Einzugsgebiet der Nuthe (ST) (rot: Siedlung, gelb: WaldStrauch-Übergang, dunkelgrün Nadelwald, mittelgrün Laubwald, hellgrün
Mischwald, matthellgrün Wiesen & Weiden, pink Industrie, blau Gewässer,
schwachbraun Ackerland). ............................................................................... 15
Abbildung 7: Landnutzung im Einzugsgebiet des Demnitzer Mühlenfließes (rot: Siedlung,
gelb: Wald-Strauch-Übergang, dunkelgrün Nadelwald, mittelgrün Laubwald, hellgrün Mischwald, matthellgrün Wiesen & Weiden, lila Moor, blau
Gewässer, schwachbraun Ackerland)............................................................... 16
Abbildung 8: Lage der Probenpunkte(rote Kreise) im Einzugsgebiet der Buckau (links)
und im Einzugsgebiet des Demnitzer Mühlenfließes (rechts); rote Kreisringe bezeichnen jeweils Landespegel. ................................................................. 19
Abbildung 9: Lage der Probenpunkte (rote Kreise) im Einzugsgebiet der Nuthe (rote
Kreisringe bezeichnen jeweils Landespegel). ................................................... 20
Abbildung 10: Beispiel eines Messprotokolls (Buckau, Messpunkt 11). ................................. 25
Abbildung 11: Funktionsprinzip des "Qliners" nach OTT Messtechnik GmbH & Co. KG
(2008). ............................................................................................................... 26
Abbildung 12: Funktionsprinzip vom "Flowsens" nach SEBA HYDROMETRIE (2007). ............. 26
Abbildung 13: Darstellung eines Ionenchromatographen nach metrohm.com (2012). ......... 30
Abbildung 14: Benutzeroberfläche des Programms "Fluegel". ............................................... 31
Abbildung 15: Schematische Darstellung des Aufbaus der Datenerfassungs-Tabellen. ......... 32
Abbildung 16: Beispiel für eine Bilanzanalyse, hier: Gesamtstickstoff im Demnitzer Mühlenfließ im Frühjahr 2011. ................................................................................ 34
Abbildung 17: Bilanzknoten (links) und Längsschnittanalysen (rechts) in der Buckau – Abfluss. .................................................................................................................. 45
Abbildung 18: Bilanzknoten in der Buckau – Chloridfracht. .................................................... 46
Abbildung 19: Knoten- und Längsschnittbilanzen in der Buckau im Frühjahr (links) und im
Herbst (rechts) 2011 – Gesamtphosphor. ........................................................ 48
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Abbildung 20: Längsschnittanalysen in der Buckau - Gesamtstickstofffracht (links) und Orthophosphatfracht (rechts). ............................................................................. 49
Abbildung 21: Längsschnittanalysen in der Buckau - Nitratfracht (links) und Bilanzknotenanalysen für Gesamtstickstofffracht (rechts). .................................................. 50
Abbildung 22: Knoten- und Längsschnittbilanzen in der Buckau im Frühjahr (links) und im
Herbst (rechts) 2011 – Schwebstoffe. .............................................................. 55
Abbildung 23: Längsschnittanalysen an der Nuthe (Nordost) - Abfluss. ................................. 56
Abbildung 24: Knoten- und Längsschnittbilanzen in der Nuthe (nordöstlicher Teil) im
Frühjahr (links) und im Herbst (rechts) 2011 - Sulfat. ...................................... 59
Abbildung 25: Längsschnittbilanz von MP 17 nach MP 18a in der Lindauer Nuthe – Vergleich der Frachten von Gesamtphosphor und Orthophosphat. ..................... 60
Abbildung 26: Bilanzknoten in der Nuthe - Nitratfracht (links) und Gesamtphosphorfracht
(rechts). ............................................................................................................. 62
Abbildung 27: Bilanzknoten in der Nuthe - Chloridfracht. ...................................................... 64
Abbildung 28: Knoten- und Längsschnittbilanzen in der Nuthe (südwestlicher Teil) im
Frühjahr(links) und im Herbst(rechts) 2011 - Gesamtstickstoff. ...................... 65
Abbildung 29: Knoten- und Längsschnittbilanzen im Demnitzer Mühlenfließ im Frühjahr
(links) und im Herbst (rechts) 2011 - Gesamtphosphor. .................................. 72
Abbildung 30: Bilanzknoten am Demnitzer Mühlenfließ - Chloridfracht (links) und Sulfatfracht (rechts). .................................................................................................. 73
Abbildung 31: Bilanzknoten (links) und Längsschnittanalysen (rechts) am Demnitzer Mühlenfließ - Gesamtstickstoff. ............................................................................... 75
Abbildung 32: Knoten- und Längsschnittbilanzen im Demnitzer Mühlenfließes im Frühjahr
(links) und im Herbst (rechts) 2011 - Nitrat...................................................... 77
Abbildung 33: Vergleich der Messungen vom Frühjahr und vom Herbst 2011 im Demnitzer Mühlenfließ – pH-Wert............................................................................... 81
Abbildung 34: Knoten- und Längsschnittbilanzen im Demnitzer Mühlenfließes im Frühjahr
(links) und im Herbst (rechts) 2011 - Schwebstoffe. ........................................ 83
Abbildung 35: Güteklassen in der Nuthe im Frühjahr 2011 – nordöstlicher Teil (links) und
südwestlicher Teil (rechts) in Anlehnung an die LAWA-Klassifizierung – Sulfatkonzentrationen. .......................................................................................... 90
Abbildung 36: Güteklassen im Demnitzer Mühlenfließ im Frühjahr (links) und im Herbst
(rechts) 2011 in Anlehnung an die LAWA-Klassifizierung – Nitratkonzentrationen................................................................................................................ 94
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Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Verwendete Methodik zur Bestimmung der physikalischen Parameter nach
Klee (1998)............................................................................................................. 23
Tabelle 2: Verwendete Methoden zur Bestimmung der Konzentration der ausgewählten
Wasserinhaltsstoffe nach Klee (1998) und ÖKZ (2012). ....................................... 29
Tabelle 3: Bestimmungsgrenzen einiger Wasserinhaltsstoffe nach Information des Labors
(2012). ................................................................................................................... 41
Tabelle 4: Messergebnisse der physikalischen Größen an der Buckau vom Frühjahr und
vom Herbst 2011. .................................................................................................. 53
Tabelle 5: Berechnete Frachten von Gesamtstickstoff, Ammonium und Chlorid für drei
Messpunkte an der Nuthe im Frühjahr und im Herbst 2011. ............................... 58
Tabelle 6: Gegenüberstellung der Messergebnisse von Abfluss, Konzentration und Fracht
von Sulfat an ausgewählten Messpunkten der Nuthe 2011. ................................ 68
Tabelle 7: Messergebnisse der physikalischen Größen an der Nuthe vom Frühjahr und
vom Herbst 2011. .................................................................................................. 69
Tabelle 8: Messergebnisse der physikalischen Größen am Demnitzer Mühlenfließ vom
Frühjahr und vom Herbst 2011. ............................................................................ 80
Tabelle 9: Chemische Gewässergüteklassifikation nach LAWA (1998): Beschreibung der
Güteklassen. .......................................................................................................... 84
Tabelle 10: Güteklassifizierung der Nährstoffe, Salze und Summenkenngrößen nach LAWA
(1998). ................................................................................................................... 84
Tabelle 11: Güteklassen der gemessenen Konzentrationen der Wasserinhaltsstoffe in Anlehnung an die LAWA-Gewässergüteklassifizierung für die Buckau 2011 (auf
der Basis jeweils einer Messung). ......................................................................... 87
Tabelle 12: Güteklassen der gemessenen Konzentrationen der Wasserinhaltsstoffe in Anlehnung an die LAWA-Gewässergüteklassifizierung für die Nuthe 2011 (auf
der Basis jeweils einer Messung). ......................................................................... 91
Tabelle 13: Güteklassen der gemessenen Konzentrationen der Wasserinhaltsstoffe in Anlehnung an die LAWA-Gewässergüteklassifizierung für das Demnitzer Mühlenfließ 2011 (auf der Basis jeweils einer Messung). ................................................. 95
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1 Einführung
Diese Bachelorarbeit beinhaltet als Teil des „NalaMa-nT“-Projektes (Nachhaltiges
Landmanagement im Norddeutschen Tiefland) Längsschnitt- und Knotenpunktanalysen des
Durchflusses und Frachten ausgewählter Wasserinhaltsstoffe in drei Flusseinzugsgebieten
sowie Fehlerbetrachtungen bei der Datenerhebung und -erfassung sowie Gebietsanalysen
und Einschätzung mit Hilfe der Gewässergüteklassifizierung nach
„Bund/Länder-
Arbeitsgemeinschaft Wasser“(LAWA) (BMU-1, 2012). Das Projekt besteht aus drei Phasen:
1. Erfassung der Ist-Zustände ausgewählter Flusseinzugsgebiete durch Messungen und
Laboranalysen,
2. Erstellung von Modellen zur Simulierung der Wasser- und Stoffhaushalte,
3. Szenario basierte Simulationen mit Hilfe der erstellten Modelle.
Diese Arbeit ist eingegliedert in den Bereich zur Erfassung von Ist-Zuständen und bildet die
Grundlage für die weiteren Arbeitsetappen. Auf der Basis von vorgegebenen Klimaszenarios
des
IPCC
werden
Landnutzungsszenarios
in
entsprechende
Wasser-
und
Stoffhaushaltsszenarios transformiert. Die im Projekt betrachteten Gebiete liegen entlang
einer Ost-West-Achse (Transekt), die sich von Diepholz im Westen bis zum Oder-SpreeGebiet im Osten erstreckt. Räumlich beschränkt sich diese Arbeit auf drei der insgesamt
sechs Einzugsgebiete. In den Einzugsgebieten der Buckau in Brandenburg (Pegel
Herrenmühle/Forellenhof), der Nuthe in Sachsen-Anhalt (Pegel Walternienburg) und dem
Demnitzer Mühlenfließ in Brandenburg (Pegel Berkenbrück 1) wurden im Frühjahr und im
Herbst 2011 manuelle Messungen durchgeführt und Wasserproben genommen. Dies
geschah mit Hilfe eines elektromechanischen („FlowSens“) und eines elektroakustischen
(„Qliner“) Messgerätes zur Bestimmung der Fließgeschwindigkeit in Messlamellen sowie
weiteren Messgeräten und -utensilien des Labors des „Institutes für Natur- und
Ressourcenschutz“ der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Die Wasserproben wurden im
Labor mit standardisierten Analyseverfahren ausgewertet. Alle Ergebnisse der Vor-OrtMessungen und der Analysen im Labor wurden elektronisch erfasst und grafisch dargestellt.
Diese Grafiken enthalten zudem Längsschnitt- und Knotenpunktvergleiche für ausgewählte
Wasserinhaltsstoffe sowie Abflüsse. Des Weiteren werden prozentuale Veränderungen der
Ergebnisse
vom
Frühjahr
zum
Herbst
dargestellt.
Zur
Vereinfachung
der
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Plausibilitätsprüfungen enthalten die Grafiken besondere Merkmale der Gebiete, wie zum
Beispiel
Klärwerke.
Mit
Hilfe
der
Grafiken
konnten
Bilanzanalysen
wichtiger
Pflanzennährstoffe wie Phosphor- und Stickstoffverbindungen durchgeführt und in
Anlehnung an die Gewässergüteklassifizierung nach LAWA (Länderarbeitsgemeinschaft
Wasser, 1998) bewertet werden.
2 Das Norddeutsche Tiefland
Das Norddeutsche Tiefland, auch Norddeutsche Tiefebene genannt, erstreckt sich etwa von
6° bis 15° östlicher Breite und von 55° bis 51°20‘ nördlicher Länge. Es gehört zum
Mitteleuropäischen Tiefland, das Teile Skandinaviens, der Niederlande, Belgiens und Polens
umfasst. Der deutsche Teil dieser supranationalen Landschaft grenzt im Norden an die Nordund Ostsee und im Süden an den Mittelgebirgsrücken. Flächenmäßig nimmt das
Norddeutsche Tiefland rund die Hälfte Deutschlands ein und ist somit als Großraum 1.
Abbildung 1: Das Norddeutsche Tiefland - Eine Übersicht der Bundesanstalt für Landeskunde (2012).
Ordnung deklariert. Die Regionen 2. Ordnung sind beispielsweise das Marschland, das
Mecklenburgische Küstengebiet, die Norddeutsche Seenplatte, das zentrale Norddeutsche
Tiefland und die Lössbörden (Ssymank, 1994). Einen Überblick gibt Abbildung 1.
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Das Norddeutsche Tiefland ist eine Beckenlandschaft, die durch Gletschereinfluss entstand
(Scheffer F. & Schachtschabel P., 2002). Die weiteste Ausbreitung fanden die Gletscher der
Drenthe- und der Elstereiszeit, die die heutigen Südgrenzen des Norddeutschen Tieflandes
markieren. Die späteren Glaziale der Saale- und Weichseleiszeit sind weniger weit ins
Landesinnere vorgestoßen (Horn, 2008). Das Norddeutsche Tiefland ist also durch die Last
und den Vorschub gewaltiger Eismassen aus Nordskandinavien geprägt und namensgebend
flach. Ausnahmen bilden die durch Geröllablagerungen höher liegenden Bereiche der
Endmoränen. Typische Bodengesellschaften, die sich auf Grund des glazialen Einflusses
gebildet haben, sind dominiert von Braun- und Parabraunerden, den Marschen sowie
Podsolen (Scheffer F. & Schachtschabel P., 2002). In den Niederungen gibt es natürlicher
Weise flächige Moor- und Auenböden, die allerdings seit den 50‘er Jahren durch
landwirtschaftliche Intensivierung zurückgegangen sind (Taube, 2011).
Das Norddeutsche Tiefland ist klimatisch unterschiedlich geprägt. Im Westen bringt der
Einfluss des maritimen Klimas Niederschläge und Temperaturen im Mittel von 800mm/Jahr
bzw. 8°C mit sich. Der Osten ist von kontinentalem Klima gezeichnet und damit verbunden
etwas höheren mittleren Temperaturen und niedrigeren Niederschlägen von 9°C bzw.
500mm/Jahr (Dierke Weltatlas, 1996). Das Norddeutsche Tiefland gehört trotz des
beschriebenen West-Ost-Gradienten gesamtheitlich zum warmgemäßigten Regenklima
innerhalb der Westwindzone. Die Winde bringen milde, feuchte Luftmassen vom Atlantik in
die Niederung und sorgen für feuchte, milde Winter und gemäßigte Sommer (DWD, 2012).
Hydrologisch ist die Norddeutsche Tiefebene durch ihren geringen Abstand zur
Grundwasseroberfläche (im Fläming allerdings nicht), ein dichtes Flussnetz und im
Nordosten von Seenlandschaften geprägt. Die wichtigsten Flüsse sind Elbe, Weser und Ems.
Die Oder im Osten des Tieflandes hat anteilsmäßig nur eine geringe Bedeutung im deutschen
Raum. (GIS-UBA, 2012). Sie weisen aufgrund geringer Höhengradienten lentische
Fließgeschwindigkeiten auf, sind aber in ihrer Morphologie vom Menschen stark überprägt
worden. Begradigungen und Eingrenzungen durch Deiche beispielsweise erhöhen das Risiko
von Überschwemmungen. Dadurch können durch die Topografie der Norddeutschen
Tiefebene weiträumige Gebiete des Großraumes überschwemmt werden, wie es
beispielsweise bei der Jahrhundertflut im Jahre 2002 an der Elbe geschah (Planet-Wissen.de,
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2012). Des Weiteren fehlen die in der Vergangenheit kultivierten Auen- und Moorflächen,
welche im Wasser- und Nährstoffhaushalt eine wichtige, nämlich eine regulierende Rolle
spielen. Sie wirken als Puffersystem für Nährstoffe und reduzieren Abflusspiks bei
Hochwasserwellen (Irmler et al., 2010). Der Nährstoffhaushalt steht in enger Verbindung zur
Landwirtschaft. Während im Osten der Norddeutschen Tiefenebene vornehmlich Ackerbau
betrieben wird, findet im Westen die Veredelung statt (Taube, 2011). Die Viehdichte bedingt
den Anfall von organischen Düngemitteln, welche letztlich in die Böden eingearbeitet
werden. Grade im Bereich der Sanderlandschaften (z. B. schleswig-holsteinische Geest) führt
dies in Kombination mit der hohen Grundwasserneubildungsrate zu massiven Stickstoff- und
Phosphoreinträgen in den Grundwasserkörper (Baumgartner & Liebscher, 1996). Flüsse sind
ebenfalls häufig durch Stoffeinträge aus der Landwirtschaft belastet. Erosion, Drainage sowie
Kleinkläranlagen sind dabei die wichtigsten Pfade dieser Nährstoffeinträge. Eutrophierend
wirken sich vor allem Stickstoff- und Phosphorverbindungen aus (Fohrer, 2011).
Mit Inkrafttreten der EU-Wasserrahmenrichtlinie Ende 2000 wurde von den Mitgliedsstaaten
der integrative Wasserschutz beschlossen. Innerhalb eines vorgegebenen Rahmens sollen
die Mitgliedsstaaten gemeinschaftlich und somit grenzüberschreitend nachhaltige
Gewässerpolitik betreiben. Bis zum Jahr 2015 sollen dabei alle Gewässer in den sogenannten
„guten ökologischen und chemischen Zustand“ gebracht werden (BMU-2, 2012). Teil der
Richtlinie ist die umfassende Bestandsaufnahme der Gewässer bis Dezember 2004. Dabei
wird unterschieden in Grund- und Küstengewässer sowie Seen und Flüsse (BMU-3, 2012).
Im „NaMaLa-nT-Projekt“ wurden sechs Flusseinzugsgebiete innerhalb des Norddeutschen
Tieflandes ausgewählt, weshalb der Fokus im Folgenden auf den Ergebnissen der
Bestandsaufnahmen der Fließgewässer liegt. Abbildung 2 zeigt, dass ein Erreichen des guten
ökologischen Zustandes bei Flüssen nur in 15 Prozent der Fälle wahrscheinlich ist. Das
bedeutet im Umkehrschluss, dass dies bei 85 Prozent nicht sicher oder unwahrscheinlich ist.
Bezogen auf den chemischen Zustand der Flüsse fällt das Ergebnis etwas besser aus. Hier
sind es 63 Prozent der Flüsse, bei denen das Erreichen der Ziele bis 2015 wahrscheinlich ist,
und nur 37 Prozent, bei denen es unsicher oder unwahrscheinlich ist. Einen genaueren
Überblick über die erwarteten Zustandsstufen ermöglicht Abbildung 3.
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Abbildung 2: Ergebnisse der Bestandsaufnahme der Flüsse 2005 nach BMU & UBA Kartengrundlage UBA/BKG (2005).
Abbildung 3:
Gesamtübersicht der Ergebnisse der Bestandsaufnahme der Flüsse 2005 nach BMU & UBA
Kartengrundlage UBA/BKG (2005).
Es ist aus der Grafik ersichtlich, dass die Bestandsaufnahme von 2005 äußerst schlecht
ausfällt. Sie führte zu Einschätzungen, ob das Erreichen der Ziele der Wasserrahmenrichtlinie
bis 2015 wahrscheinlich, unsicher oder unwahrscheinlich ist. Verschiedene Parameter
spielen eine wichtige Rolle, wenn es um die Gewässerqualität geht. So gibt die Landnutzung
durch ihren erheblichen Einfluss auf die Gewässergüte bereits einen guten Einblick in die
Kausalitäten möglicher Verunreinigungen. Es wurden viele wissenschaftliche Arbeiten an der
Christian-Albrechts Universität (Institut für Natur- und Ressourcenschutz) geschrieben, die
dieses belegen. So zum Beispiel die Arbeit von Lam et al. (2010): „The impact of agricultural
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Best Management Practices on water quality in a North German lowland catchment“,
welche diesen Zusammenhang am Beispiel der Kielstau in Schleswig-Holstein darstellt.
Stadtgebiete weisen oft schlechte Werte (in Extremfällen bis Zustandsstufe IV) auf. Ländlich
geprägte
Räume
emittieren
je
nach
Flächennutzung
unterschiedlich
hohe
Pflanzennährstoffeinträge (vor allem Stickstoffe und Phosphorverbindungen). Dort, wo viel
Ackerbau betrieben wird, fallen die Stoffeinträge niedriger aus als in Veredelungsregionen,
wie zum Beispiel in Niedersachsen, wo ländlich geprägte Räume Hauptemittenten von
Nährstoffen sind. Dies liegt an der stark positiven Nährstoffbilanz der Veredelungsbetriebe
(Pacholski, 2011). Es stellt sich also die Frage, wie heutzutage die Gewässerqualität in den
Kampagnengebieten
zu
bewerten
ist
und
ob
ein
Erreichen
der
Ziele
der
Wasserrahmenrichtline aus heutiger Sicht wahrscheinlicher ist, als es 2005 war. In Kapitel 6
wird
darauf
mit
Hilfe
der
Messergebnisse
der
Gewässergüteklassifizierung nach LAWA eine Antwort gegeben.
Kampagnen
und
der
S e i t e | 12
3 Die Untersuchungsgebiete
Das „NaLaMa-nT“- Projekt umfasst die Landkreise Diepholz, Uelzen, Fläming und Oder-Spree
(siehe Abbildung 4), in denen sechs Flusseinzugsgebiete ausgewiesen wurden, die entweder
vollständig oder nur teilweise in den Regionen gelegen sind. Alle sechs Flusseinzugsgebiete
wurden
2011
beprobt
(Wasserprobenentnahme,
physikalische
Wasserparameter,
Fließgeschwindigkeiten und Profildaten). Drei dieser Gebiete (Buckau, Demnitzer
Mühlenfließ und anhaltinische Nuthe) sind Gegenstand der vorliegenden Arbeit und sollen
nachfolgend erläutert werden.
Abbildung 4:
Die Untersuchungsgebiete des „NaLaMa-nT“-Projektes im Überblick nach Projektbeschreibung des Verbundprojektes „NaLaMa-nT“ (2010).
3.1 Gebiet Fläming
Das Einzugsgebiet der Buckau (Herrenmühle/Forellenhof) ist 135 km² groß und liegt in
Brandenburg. Der Gebietsauslass Herrenmühle/Forellenhof ist gleichzeitig Landespegel.
Dieser liegt allerdings vor dem eigentlichen Forellenhof, während die Beprobung hinter dem
Forellenhof erfolgte. Zum Vergleich der folgenden Aussagen steht Abbildung 5 zur
Verfügung. Der Quellbereich ist durch Wiesen, Weiden und Landwirtschaft beeinflusst. Auf
ihrer ca. 12,6 km langen Fließstrecke bis zu den oben genannten Pegeln passiert die Buckau
S e i t e | 13
zunächst eine Ortschaft und stark landwirtschaftlich genutzte Flächen. Nach ca. 5 km
erreicht sie einen Nadelwald, der sie die nächsten 2 km begleitet. Eine kleine Ortschaft
markiert das Ende des Nadelwaldes. Der Rest der Fließstrecke ist wie die Quellregion durch
Wiesen, Weiden und Landwirtschaft geprägt. Es gibt im Einzugsgebiet der Buckau zwei
Kleinkläranlagen. Die im Süden des Gebietes liegende Anlage führt ihr Abwasser durch
Rohrleitungen in das Einzugsgebiet der Nuthe in Sachsen-Anhalt ab. Die andere Kläranlage
liegt zwischen den Messpunkten 1 und 2 und entwässert in die Buckau. Der
Hauptsystemoutput ist Messpunkt 13. Ein weiterer Gebietsoutput, der eine Verbindung zum
zeitweise parallel fließenden Herrenmühlengraben (gehört nicht in das Einzugsgebiet)
darstellt und als Fischaufstieg dienen soll, ist am Messpunkt 14 zu finden. Andere
Querverbindungen, die zur Zeit der DDR in den 1970er Jahren aus meliorativen Gründen
gegraben worden sind, wurden wieder geschlossen. Ein weiterer Systemoutput (Messpunkt
15) führt nur zeitweise Wasser und spielt daher eine untergeordnete Rolle.
Abbildung 5:
Landnutzung im Einzugsgebiet der Buckau (rot: Siedlung, gelb: Wald-Strauch-Übergang, dunkelgrün
Nadelwald, mittelgrün Laubwald, hellgrün Mischwald, matthellgrün Wiesen & Weiden, pink Industrie,
blau Gewässer, schwachbraun Ackerland).
S e i t e | 14
Die anhaltinische Nuthe ist der größte der hier betrachteten Flüsse. Die Einzugsgebietsgröße
des Pegels Nutha beträgt ca. 509 km² und in Erweiterung am Pegel Walternienburg 570 km².
Eine Übersicht über die Landnutzung gibt Abbildung 6. Auf ihrer Fließstrecke von rund 49 km
wird die Nuthe von diversen Nebenarmen gespeist und vervielfacht ihren Abfluss. Der hier
ausgewählte Gebietsauslass ist Pegel Walternienburg, der den Pegel Nutha (MP 29) um rund
60 km² erweitert und am Messpunkt 32 erfasst wird. Die Nuthe entspringt im Nordwesten
des beschriebenen Einzugsgebietes und fließt auf ihren ersten 16 Kilometern durch ein von
Nadelwäldern dominiertes Gebiet. Auf diesem Teil der Fließstrecke (Boner Nuthe) überquert
die Nuthe die Grenze von Brandenburg nach Sachsen-Anhalt, allerdings unterirdisch, denn
kurz hinter dem brandenburgischen Ort Spring versiegt der Wasserfluss. Die Boner Nuthe
entspringt am Südhang des Fläming in Sachsen-Anhalt neu. Auf ihrem Weg bis zur Stadt
Zerbst/Anhalt wird die Nuthe von Wiesen und Weiden gesäumt. Die dahinter liegende
Landnutzung ist als komplizierte Parzellenstruktur zu beschreiben, welche allerdings von
Ackerbau dominiert ist. Dieser rund 20 Kilometer lange Fließweg wird kurz vor Zerbst/Anhalt
von zwei Zuflüssen gespeist. Diese weisen in ihren südlich gelegenen Teileinzugsgebieten
eine ähnliche Landnutzung auf wie die Nuthe zwischen dem Nadelwald- und dem
Stadtgebiet. In der Stadt Zerbst und ca. 6 Kilometer danach fließen weitere Nebenflüsse in
die Nuthe, insbesondere die vereinigte Lindauer und Grimmer Nuthe. Diese kommen aus
dem Norden des Einzugsgebietes, wo sie mehrere kleine Ortschaften durchqueren und einen
Flughafen passieren. Sie sind ebenfalls von Wiesen und Weiden gesäumt und durch dahinter
liegende komplexe Parzellenstrukturen beeinflusst. Innerhalb der letzten 13 Kilometer ist ein
Ausfluss zu verzeichnen, der nach Süden abzweigt und in die Elbe mündet. Auch die Nuthe
fließt rund 5 Kilometer nach dem letzten Messpunkt im Osten des Einzugsgebietes in die
Elbe. Fünf Kläranlagen stellen mögliche Punktquellen für Nährstoffeinträge dar. Eine liegt
nahe der Quellregion im Nordwesten innerhalb und eine weitere außerhalb des
Einzugsgebietes im Gebiet der Buckau, die das Klärwerkswasser über Rohrleitungen in die
Region transportiert. Im Nordosten der Stadt Zerbst/Anhalt liegt ein weiteres Klärwerk
zwischen den Messpunkten 19, 21 und 22, welches aber wahrscheinlich nicht mehr in
Betrieb ist. Auch innerhalb des Stadtgebietes befindet sich nahe der Messpunkte 13 und 33
eine Kläranlage. Das letzte Klärwerk entlang der Fließstrecke der Nuthe liegt südwestlich von
Zerbst/Anhalt in der Nähe von Messpunkt 29.
S e i t e | 15
Abbildung 6:
Landnutzung im Einzugsgebiet der Nuthe (ST) (rot: Siedlung, gelb: Wald-Strauch-Übergang, dunkelgrün
Nadelwald, mittelgrün Laubwald, hellgrün Mischwald, matthellgrün Wiesen & Weiden, pink Industrie,
blau Gewässer, schwachbraun Ackerland).
3.2 Gebiet Oder-Spree
Das Einzugsgebiet des Demnitzer Mühlenfließes/Berkenbrück-1 liegt östlich von Berlin und
umfasst 69,2 km². Zur besseren Übersicht dient Abbildung 7. Der Gebietsauslass befindet
sich an der südlichen Grenze des Einzugsgebietes und ist ein Landespegel. Die Fließstrecke
durch das Einzugsgebiet beträgt ca. 17 km. In der Quellregion findet man komplexe
Parzellenstrukturen vor, die von Wald, Landwirtschaft und Wiesen/Weiden dominiert sind.
Nach rund 3,5 Kilometern durchquert der Fluss eine kleine Siedlung und eine Agrarregion.
Dieser Abschnitt des Demnitzer Mühlenfließes ist allerdings nur wenige 100 Meter lang und
wird danach durch Wiesen abgelöst. Rund um die Wiesen befindet sich forstwirtschaftlich
genutzter Nadel- und Mischwald, der nach rund 8 Kilometern Strecke durchflossen wird. Die
darauf folgenden 5 Kilometer der Fließstrecke sind durch landwirtschaftlich genutzte Flächen
gekennzeichnet. Auf den letzten 4 Kilometern durchströmt der Demnitzer Mühlenfließ einen
großen Nadelforst, bevor es kurz nach dem Gebietsauslass in den Dehmsee übergeht. Einer
der Zuströme im Südosten des Einzugsgebietes ist von einer Moorfläche beeinflusst.
S e i t e | 16
Kläranlagen, die ihre Abwässer in das Demnitzer Mühlenfließ leiten, gibt es keine. Dafür
wurde von Drainageeinleitungen berichtet (Messal, 2012), die eventuell hohe Einträge von
Pflanzennährstoffen in das Gewässer bewirken.
Abbildung 7: Landnutzung im Einzugsgebiet des Demnitzer Mühlenfließes (rot: Siedlung, gelb: Wald-Strauch-Übergang,
dunkelgrün Nadelwald, mittelgrün Laubwald, hellgrün Mischwald, matthellgrün Wiesen & Weiden, lila
Moor, blau Gewässer, schwachbraun Ackerland).
3.3 Einfluss der Einzugsgebietsgröße auf die Messungen
Um eine gute Vergleichbarkeit zwischen den Messergebnissen eines Einzugsgebietes zu
gewährleisten, darf der zeitliche Abstand zwischen den Messungen nicht zu hoch sein. Im
Optimalfall würden alle Messpunkte gleichzeitig beprobt bzw. bemessen werden, was einen
hohen Personalaufwand mit sich brächte. Auf Grund der finanziellen Limitierung des
Teilprojektes konnte dies nicht umgesetzt werden. So arbeiteten die Teilnehmer der
Kampagnen stets zügig und schlossen die Messungen innerhalb weniger Tage ab. Außerdem
wurde die Anzahl der Messpunkte durch die Wahl der Flussnetzgenauigkeit 3.Ordnung
begrenzt. Niederschlagsereignisse kamen vorteilhafter Weise kaum vor, lediglich an einem
S e i t e | 17
Tag der Herbstkampagne am Demnitzer Mühlenfließ hatte es geregnet. Die Auswirkungen
werden in Kapitel 5.2.4 beschrieben.
4 Material und Methoden
4.1 Das Prinzip der Längsschnitt-und Knotenpunktanalysen
Zur Darstellung der Ergebnisse wurden Grafiken ausgewählt, die alle Längsschnitt- und
Knotenpunkte
eines
Gebietes
umfassen.
Dadurch
können
relativ
einfach
Plausibilitätsprüfungen durchgeführt und erste Trends abgeleitet werden. Außerdem gelingt
es dem Betrachter relativ schnell, einen Überblick über das Gebiet und dessen Abflüsse bzw.
Frachten im Gewässer zu gewinnen.
Eine
hydrologische
Längsschnittanalyse
ist
die
Erfassung
und
Auswertung
von
Wasserinhaltsstoffen und Abflüssen entlang eines Hauptstromabschnittes. So lässt sich
überprüfen, ob externe Einflüsse dem Fluss Nährstoffe und/oder Wasser entziehen oder ihn
mit solchen speisen. Moore könnten beispielsweise Nährstoffe entziehen und somit
Frachten reduzieren. Diese Form der Bilanzierung ist folgendermaßen definiert:
Ai = Bi + Xi
A - erste Messstelle in Fließrichtung, B - zweite Messstelle in Fließrichtung, X - Differenz von
A und B, i - Index; steht für einen beliebigen Standort (Messal et al. 2012).
Die Längsschnittanalysen sind grafisch als Drachenvierecke dargestellt.
Bei seitlichen Zu- oder Ausflüssen bietet sich die Erstellung von Bilanzierungsknoten an.
Diese bestehen aus mindestens drei Messpunkten, nämlich einem im Hauptstrom, einem im
Zu- oder Ausfluss sowie einem im Hauptstrom hinter dem Zu- oder Ausfluss:
Aj + Cj = Bj + Yj
A - erste Messstelle in Fließrichtung, B - zweite Messstelle in Fließrichtung, C - Messstelle im
Zu- oder Ausfluss; Y - Differenz zwischen (A+C) und B, j - Index; steht für einen beliebigen
Standort (Messal et al. 2012).
S e i t e | 18
Diese Methode ermöglicht zusammen mit der Gebietsanalyse, die Quellen und Senken im
Einzugsgebiet lokalisiert, eine Kontrolle der Messgenauigkeit. In den Grafiken sind
Bilanzierungsknoten durch schwach blaue Kreise hinterlegt. In den anliegenden Quadraten
sind etwaige prozentuale Abweichungen zu finden.
4.2 Auswahl aussagekräftiger Messpunkte
Die Messpunkte wurden gezielt ausgewählt. Dabei wurden die Hauptströme der Flüsse
sowie Zu- und Abflüsse nach Gewässernetz 2. bis 3. Ordnung aufgenommen, da diese eine
Betrachtung mit Hilfe des Knotenpunkt-Prinzipes (siehe 4.1) ermöglichen. Längere
Fließstrecken ohne nennenswerte Zu- und Abflüsse wurden ebenfalls mit aufgenommen, um
zu überprüfen, ob beispielsweise Frachten verloren gehen. Die Auswahl fand mit Hilfe des
Computerprogrammes „ArcGIS“ der Firma „ESRI“ statt, wurde aber in jedem Einzelfall vor
Ort überprüft und gegebenenfalls erweitert oder verändert. Die Abbildungen 8 und 9 zeigen
die Verteilung der Messpunkte innerhalb der Einzugsgebietsgrenzen.
S e i t e | 19
Abbildung 8: Lage der Probenpunkte(rote Kreise) im Einzugsgebiet der Buckau (links) und im Einzugsgebiet des Demnitzer Mühlenfließes (rechts); rote Kreisringe bezeichnen jeweils
Landespegel.
S e i t e | 20
Abbildung 9: Lage der Probenpunkte (rote Kreise) im Einzugsgebiet der Nuthe (rote Kreisringe bezeichnen jeweils Landespegel).
S e i t e | 21
4.3 Am Ort der Kampagnen
4.3.1 Teamstruktur und Equipment
Je nach Größe der zu untersuchenden Flusseinzugsgebiete wurden jeweils ein oder zwei
Kleinbusse der Universität Kiel mit identischem Equipment beladen. In der Regel fuhren zwei
Personen in einem Auto und führten die Messungen und Probenahmen durch. In einzelnen
Fällen wurden die Zweierteams durch ortskundige Mitarbeiter von Landesinstitutionen
unterstützt. Dadurch wurde Detailwissen zum Flussnetz importiert und es konnte exakter
auf die Spezifika der Gebiete eingegangen werden.
Zum Equipment gehörten verschieden große, beschriftete Plastik- und Glasflaschen zur
Probenahme, ein Schöpfbecher mit langem Stiel, Kühlboxen für die Proben, ein Maßband
sowie von Labormitarbeitern geeichte Messgeräte mit pH-, Wassertemperatur-, Sauerstoffund Leitfähigkeitssonde. Die elektrische Leitfähigkeit wurde mit dem Gerät WTW cond 300i
und die pH- und Sauerstoffgehaltsmessung mit dem Gerat WTW Multi 340i gemessen. Jedes
Auto war mit einem „FlowSens“, einem elektromagnetischen Fließgeschwindigkeitsmessgerät, und einem GPS-Gerät sowie einigen Stiften und Protokollblättern zu Aufnahme
der Daten bestückt. In einem der Autos wurde außerdem ein „Qliner“, ein
elektroakustisches Strömungsmessgerät, inklusive Zubehör untergebracht.
4.3.2 Vorgehen am Messpunkt
Jeder der im Vorfeld ausgewählten Messpunkte (siehe Kapitel 4.2) wurde sorgfältig
besichtigt und gegebenenfalls verworfen oder verlegt. Erst wenn eine möglichst optimale
Eignung des Ortes festgestellt werden konnte, wurde mit der Aufnahme begonnen. Dabei
konnte leider aus Zeitgründen nicht immer das störende Kraut beseitigt werden, wie es für
eine uneingeschränkt optimale Messung notwendig gewesen wäre. Die meisten Messstellen
wurden in den Frühjahreskampagnen festgelegt und im Herbst ergänzt, da neue
Erkenntnisse eine leichte Ausdehnung des Messnetzes nötig machten. Das Vorgehen an
jedem Probenpunkt war folgendermaßen festgelegt: Es begann mit der Dokumentation von
Koordinaten mit Hilfe eines GPS-Gerätes. Kameraaufnahmen des Flussquerschnittes sowie
flussauf- und flussabwärts gelegene Landschaftsaufnahmen wurden zur nachträglichen
Informationsbereitstellung und zur späteren Orientierung im Herbst gemacht. Sie sollten das
Wiederfinden
der
exakten
Flussbereiche
im
Herbst
erleichtern.
Nach
diesen
S e i t e | 22
Dokumentierungen wurden Wasserproben
gemessen.
Zuletzt
wurden
entnommen und physikalische Parameter
Querschnittsprofile
aufgenommen
und
die
Fließ-
geschwindigkeiten lamellenweise gemessen.
Bei der Entnahme von Proben wurde ein Schöpfbecher zunächst mit Flusswasser
ausgewaschen. Es galt darauf zu achten, dass kein Sediment aufgewirbelt wird, da dieses die
nachfolgenden Laboranalysen verfälscht hätte. Die eigentliche Entnahme erfolgte entgegen
der Strömung und möglichst weit entfernt vom Ufer, da sich durch veränderte
Fließgeschwindigkeiten die hydrochemische Zusammensetzung ändern kann. Mit den
entnommenen Wasserproben wurden verschiedene Fläschchen gefüllt. Im Einzelnen waren
das zwei 50 ml-Flaschen, zwei 100 ml-Flaschen, eine 250 ml-Flasche und eine Literflasche.
Alle Flaschen wurden luftdicht verschraubt und kühl gestellt. Am Abend wurden alle Proben
eingefroren, um biologische Abbauprozesse zu verhindern. Zwei Flaschen eines jeden
Probenpunktes wurden vorher filtriert und neu abgefüllt, um bei einer Langzeitlagerung
biologische Abbauprozesse zu vermeiden.
4.3.3 Bestimmung der physikalischen Parameter
Nach dem Auffüllen der Flaschen wurden je nach der Zugänglichkeit der Messstellen
entweder direkt im Fluss oder im Schöpfbecher physikalische Größen mit den oben
beschriebenen Sensoren ermittelt. Es wurden Wassertemperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert und
Sauerstoffgehalt in der angegebenen Reihenfolge gemessen. Die Parameter geben einen
ersten Eindruck zur Gewässergüte und wurden nach den Methoden der DEV („Deutschen
Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung“) durchgeführt (siehe
Tabelle 1). Dazu wurden die jeweiligen Sonden im Wasser vorsichtig geschwenkt und die
Ergebnisse am Gerät abgelesen und notiert. Als Zusatzinformation wurde die Lufttemperatur
bestimmt. Bei Geräteausfall wurde das Autothermometer hinzugezogen. Die Lufttemperatur
wird nicht weiter verarbeitet, hatte aber Einfluss auf die physikalischen Parameter (siehe
5.1) und kann jederzeit nachträglich bei der Auswertung hinzu gezogen werden.
S e i t e | 23
Tabelle 1: Verwendete Methodik zur Bestimmung der physikalischen Parameter nach Klee (1998).
4.3.3.1 pH-Wert
Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der H3O+-Ionen Konzentration. Er gibt
an, wie viele H3O+-Ionen durch Dissoziation von Wasser, Säuren und Basen vorliegen. Bei
reinem Wasser bedeutet die Abspaltung des Protons das gleichzeitige Entstehen eines
Hydroxidions. Diesem Gleichgewicht wird der pH-Wert 7 zugeteilt. Im Bereich von pH 7
spricht man von neutraler Lösung, während der Bereich <7 als sauer und >7 als alkalisch gilt
(Atkins, 1996).
Der pH-Wert erlangt Bedeutung, weil viele chemische Reaktionen von ihm abhängen. So
könnte ein zunächst unschädlicher Stoff bei einer pH-Wert Änderung toxisch werden.
Ammonium (NH4+) beispielsweise reagiert im basischen Milieu zu Ammoniak (NH3), welches
fischtoxisch ist (Schulz, 2011).
Zur Messung wird eine pH-Elektrode verwendet, die nach Kalibrierung des pH-Meters in die
Probe getaucht wird. Durch leichtes Rühren stellt sich ein Gleichgewicht ein, und der
gemessene Wert kann abgelesen werden. Normalwerte von Fließgewässern liegen je nach
Härte und Trophiestatus bei pH 6,0 - 8,5.
4.3.3.2 Wassertemperatur [°C]
Die Temperatur beschreibt den mittleren Energiezustand der Teilchen eines Systems. Ist die
Temperatur hoch, so bewegen sich die Teilchen schnell und ihre kinetische Energie ist hoch.
Diese Energie beeinflusst die anderen beschriebenen Parameter. Auch auf Wasserlebewesen
wirkt die Temperatur regulierend. Dieser Effekt (Q10-Effekt) ist durch die Vant’hoftsche Regel
definiert
und
beschreibt
den
Zusammenhang
zwischen
Temperatur
und
der
Abbaugeschwindigkeit durch Mikroorganismen und deren Metabolismus. (Holleman &
S e i t e | 24
Wiberg, 1995). Die Messung der Wassertemperatur im Feld erfolgte relativ zügig, da es je
nach Witterung schnell zu Verfälschungen kommen kann (Einfluss der Lufttemperatur).
4.3.3.3 Leitfähigkeit [µS/cm]
Die elektrolytische Leitfähigkeit ist ein Maß für die elektrische Leitfähigkeit in
Elektrolytlösungen. Als Elektrolyt bezeichnet man eine chemische Verbindung, die im festen,
flüssigen oder gelösten Zustand in Ionen dissoziiert, die sich unter dem Einfluss eines
elektrischen Feldes gerichtet bewegen (elektrische Leiter zweiter Klasse). Die Angabe der
gemessenen Leitfähigkeit kann als Äquivalenzleitfähigkeit einer entsprechend konzentrierten
Natriumchloridlösung interpretiert werden und ist ein Maß für die „Salzkonzentration“ im
Gewässer. Einfluss auf die Dissoziation und somit auf die Leitfähigkeit haben die Faktoren
Temperatur sowie Wertigkeit und Beweglichkeit der Ionen. Dabei gilt, je höher die
Temperatur und die Beweglichkeit der Ionen und je niedriger ihre Wertigkeit ist, desto höher
ist die Leitfähigkeit. Die Leitfähigkeitsmessung ähnelt der pH-Messung. Mit einem
Leitfähigkeitsmessgerät wird die Probe leicht gerührt. Sobald sich ein Gleichgewicht einstellt,
gibt die Messelektrode einen stabilen Wert heraus, der am Display abgelesen werden kann.
Normalwerte von Gewässern sind sehr unterschiedlich. In den beschriebenen Kampagnen
wurden
Fließgewässer
betrachtet,
welche
generell
verhältnismäßig
niedrige
Leitfähigkeitswerte aufweisen. Regelmäßige Messungen der Leitfähigkeit geben Aufschluss
über die Qualität des Wassers (Klee, 1998).
4.3.3.4 Sauerstoffgehalt [mg/l]
Der Sauerstoffgehalt eines Gewässers bestimmt maßgeblich das Überleben von aeroben
Organismen wie zum Beispiel Fischen. Auch Mikroorganismen benötigen den Sauerstoff für
ihren Stoffwechsel, weshalb man mit Hilfe des Sauerstoffgehaltes deren Aktivität bestimmen
kann. Die Aktivität lässt Aussagen über die Geschwindigkeit von Abbauprozessen im
Gewässer zu. Einflussparameter sind im wesentlichen Luftdruck und Temperatur. Mit
steigender Temperatur und fallendem Luftdruck sinkt nach dem „Henry‘schen Gesetz“ die
Sauerstoffaufnahmefähigkeit des Wassers (Baumgartner & Liebscher, 1996). Flüsse haben im
Quellbereich eine Sauerstoffsättigung von ca. 100 %, die zum Deltabereich hin abfällt, was
an der Diffusionsoberfläche pro Kubikmeter Wasser und der Fließgeschwindigkeit liegt.
S e i t e | 25
Die Messung erfolgt nach dem Prinzip der Leitfähigkeitsmessung mit einer Elektrode.
Leichtes Rühren der Probe bewirkt ein Gleichgewicht der Konzentration von Sauerstoff. Die
Konzentration wird am Display abgelesen. Rührt man zu stark, kann ein zu großer Messwert
entstehen, weil in die Probe Sauerstoff eingerührt wird. Bei Messung direkt im Fluss kann
das nicht passieren.
4.3.4 Aufnahme von Querschnittsprofildaten
Nach der Bestimmung physikalischer Parameter und der Probenahme wurde
der
Gewässerquerschnitt am Probenpunkt vermessen. Die Breite wurde mit einem Maßband
von Uferkante zu Uferkannte gemessen und die einzelnen Wassertiefen konnten mit Hilfe
des Gestänges vom „FlowSens“ oder bei
größeren Tiefen durch den „Qliner“ erfasst
werden. Durch Messungen in regelmäßigen
Abständen
konnte
ein
ungefähres
Querschnittsprofil bestimmt werden. Dabei
wurde die Annahme gemacht, dass die
Wasseroberfläche generell horizontal ist. Um
Zeit zu sparen, wurde die Vermessung
teilweise in Kombination mit der Bestimmung
Abbildung 10: Beispiel eines Messprotokolls (Buckau,
Messpunkt 11).
der Fließgeschwindigkeit durchgeführt. Zur Berechnung von Stofffrachten braucht man zum
einen den Abfluss [l/s] des Gewässers und zum anderen die Konzentration des betreffenden
Wasserinhaltsstoffes [mg/l]. Durch Multiplikation dieser Faktoren erhält man die Fracht [g/s]
des zu untersuchenden Stoffes. Mit Hilfe der Proben wurden die Konzentrationen einiger
Pflanzennährstoffe im Labor des „Institutes für Natur- und Ressourcenschutz“ der ChristianAlbrechts-Universität zu Kiel ermittelt. Zur Bestimmung des Abflusses vor Ort wurden zwei
Geräte eingesetzt:
4.3.4.1 Elektroakustisches Strömungsmessgerät („Qliner“)
Der „Qliner“ eignet sich gut für größere Abflussmengen, also breite Flussabschnitte mit
Tiefen von >30 cm, die zugleich die Mindesttiefe bezüglich der Messung darstellt. Er
funktioniert elektroakustisch und tastet sich pro Messlamelle parzellenweise bis zum
Gewässergrund vor. Dabei wird in den verschiedenen Zellen die Fließgeschwindigkeit
S e i t e | 26
gemessen
(Abbildung
11).
Der
„Qliner“ besteht im Wesentlichen
aus
zwei
Kompartimenten.
Ein
bootartiger Schwimmer, an dem die
Messtechnik befestigt ist, und dem
PDA, einem Minicomputer, der via
kabelloser Bluetooth-Verbindung mit
dem Schwimmer in Kontakt steht
Abbildung 11: Funktionsprinzip des "Qliners" nach OTT Messtechnik GmbH & Co. KG (2008).
(OTT Messtechnik GmbH & Co. KG,
2008). Mit dem PDA können vor Ort
einzelne Messparameter eingestellt werden. Außerdem ist es möglich Besonderheiten wie
beispielsweise
Untiefen
oder
Windeinflüsse
manuell
einzugeben.
Während
der
Schwimmkörper (durch das PDA wird der Messvorgang gestartet) die Parzellen
nacheinander ausmisst, werden diese Daten an das PDA gesendet und dort unter
Einbeziehung der Besonderheiten in Abflüsse umgerechnet. Nach den Messungen kann das
PDA mit Hilfe eines Computers ausgelesen werden. Ein spezielles Programm fungiert als
Schnittstelle und gibt sämtliche Messwerte in Tabellenform aus. Bei Unstimmigkeiten
innerhalb der ausgegebenen Tabellen können im Nachhinein mit einer speziellen Software
Korrekturen vorgenommen werden. Alle Daten werden dann mittels dieser Software neu
berechnet.
4.3.4.2 Elektromagnetisches Fließgeschwindigkeitsmessgerät („FlowSens“)
Mit Hilfe von skalierten Stangen
wird
beim
„FlowSens“
jede
Messtiefe manuell eingestellt.
Die
vorher
Messtiefen
festgelegten
und
-abstände
müssen also einzeln koordiniert
werden.
wurden
In
den
Kampagnen
schmale,
flache
„Schnabelsensoren“ verwendet,
Abbildung 12: Funktionsprinzip vom "Flowsens" nach SEBA HYDROMETRIE (2007).
da diese auch wenige Zentimeter
S e i t e | 27
über dem Grund noch sinnvolle Messergebnisse liefern (siehe Abbildung 12 unten). Für
kleine, schnelle und/oder flache Flussläufe und Bäche eignet sich das „FlowSens“ besser als
der „Qliner“. Seine Funktionsweise beruht auf dem Faraday’schen Prinzip und nutzt Elektromagnetismus zur Messung der Fließgeschwindigkeit (SEBA HYDROMETRIE, 2007). Im Kraut
und in starken Verwirbelungen ist allerdings mit erheblichen funktionalen Störungen zu
rechnen. Jede Einzelmessung muss protokolliert und später bei der Nachbereitung mit
Microsoft Excel in „.txt-Dateien“ umformatiert werden. Eine Datei enthält dabei alle
Einzelmessungen eines Messpunktes sowie die Information darüber, welche Struktur das
Flussbett hatte. Die Weitere Verarbeitung ist in Kapitel 4.5 beschrieben.
4.3.5 Aufbereitung und Lagerung der Proben
Am Ende eines Messtages wurden alle Flaschen ins Labor gebracht. Zur späteren Analyse
von Chlorid, Sulfat, Nitrat und Nitrit sowie von löslichem Phosphor, wurden die Proben der
100 ml-Flasche und der 250 ml-Flasche gefiltert. Dies geschah in einer Konstruktion, an die
ein Unterdruck angelegt wurde. Die Probe wurde durch den Unterdruck durch einen
Feinfilter (0,45 µm Maschenweite) gezogen und konnte unterhalb aufgefangen werden. Das
Produkt waren eine 100 ml-Flasche für die Phosphatanalyse und eine 50 ml-Flasche für den
Ionenchromatographen. Schnelles Einfrieren aller Proben sollte in der Folge Verfälschungen
minimieren.
4.3.6 Vorgehen bei Geräteausfall
Es gab massive Probleme mit der Messtechnik. Im Laufe der verschiedenen Kampagnen
fielen immer wieder Geräte aus und mussten entweder ersetzt oder umgangen werden.
Letzteres kam beispielsweise häufig bei den Leitfähigkeits-, pH- und Sauerstoffsonden vor. In
diesen Fällen wurden fehlende Messungen abends im Labor mit den Geräten des anderen
Teams nachgeholt. Diese und weitere mögliche Fehlerquellen werden im Einzelnen in Kapitel
5.1 aufgezeigt.
4.4. Analysen/Methodik im Labor
Die Analyse der Proben fand im Labor des „Institutes für Natur- und Ressourcenschutz“ der
Christian-Albrechts Universität Kiel statt. Dabei wurden alle Fläschchen schonend aufgetaut
S e i t e | 28
und nacheinander auf verschiedene Pflanzennährstoffe getestet. Die Proben der
Literflaschen wurden im direkten Anschluss an die Kampagnen gefiltert. Dies diente der
Messung von transportiertem Sediment (in der Regel Schwebstoffe und Kleinstlebewesen).
Die Auswahl der zu untersuchenden Wasserinhaltsstoffe fand unter Berücksichtigung der
laut LAWA zur Betrachtung der Gewässerqualität entscheidenden „Nährstoffe, Salze und
Summenkenngrößen“ statt (siehe Tabelle 10).
4.4.1 Filtration
Normalerweise dient die Filtration zur Vorbereitung auf die Untersuchung von gelöstem
Phosphor, Nitrat, Nitrit, Chlorid und Sulfat. Zur Minimierung von Fehlerquellen wurde dies
wie beschrieben bereits am Ort der Kampagnen erledigt. Trotzdem wurde im Kieler Labor
ein Liter Wasser gefiltert, um Schwebstoffe und Kleinstlebewesen aus den Proben zu
entfernen und im Filter festzuhalten. Die Maschenweite lag bei 0,45 μm. Um lange
Wartezeiten
zu
vermeiden,
wurde
ein
Unterdruck
angelegt,
der
die
Durchsatzgeschwindigkeit des Filters erhöhte. Durch Messung der Gewichte der Filter im
trockenen Zustand vor und nach der Benutzung konnte die gewichtsmäßige Differenz
ermittelt werden. Diese Differenz entsprach der Masse der Schwebstoffe und
Kleinstlebewesen. Da genau ein Liter Wasser verwendet wurde, ergab sich das Gewicht der
Schwebstoffe pro Liter Wasser, also die Schwebstoffkonzentration [mg/l].
4.4.2 Verfahren der chemischen Analysen
Die Wahl des Analyseverfahrens ist ein entscheidender Aspekt für die Genauigkeit der
Ergebnisse. Die in Kiel angewendeten Verfahren wurden wie die Messung der physikalischen
Parameter nach den Methoden der DEV („Deutschen Einheitsverfahren zur Wasser-,
Abwasser- und Schlammuntersuchung“) durchgeführt (Tabelle 2).
S e i t e | 29
Tabelle 2: Verwendete Methoden zur Bestimmung der Konzentration der ausgewählten Wasserinhaltsstoffe nach Klee
(1998) und ÖKZ (2012).
4.4.2.1 Lösliche Phosphate
In saurer Lösung reagieren Orthophosphat-Ionen mit Molybdat- und Antimon-Ionen und
bilden einen Komplex. Ascorbinsäure reduziert den Komplex und es entsteht ein stark blau
gefärbter Molybdänblau-Komplex. Die Bestimmung der Konzentration von Orthophosphat
findet durch Messung der Adsorbtion bei 880nm Wellenlänge im Photometer statt. Vom
Labor zur Verfügung gestellte Eichreihen gaben Umrechnungsfaktoren vor.
4.4.2.2 Gesamtphosphor
Zunächst wird die Probe aufgeschlossen, das heißt, dass die Phosphorverbindungen unter
Druck und Wärmezufuhr durch eine Oxidationslösung in Orthophosphate zerlegt werden.
Die weiteren Schritte sind identisch mit der Bestimmung dieser löslichen Phosphate.
4.4.2.3 Ammonium
Das Prinzip der Bestimmung der Ammoniumkonzentration ist dasselbe wie beim
Orthophosphat. Durch Zugabe von Katalysatoren und Färbereagenzien bildet Ammonium
einen grünen Farbkomplex aus, dessen Adsorption mittels Photometer bei 690 nm
Wellenlänge gemessen und in die entsprechende Konzentration umgerechnet wird. Auch
beim Ammonium werden Eichreihen des Labors verwendet.
4.4.2.4 Gesamtstickstoff
Eine unfiltrierte Probe wird vom „DIMATEC“-Gerät angesogen und auf 850°C erhitzt. Es
entstehen die Verbrennungsprodukte CO2 und NO2. In diesem Schritt kann nach Bedarf der
Gesamtkohlenstoffgehalt gemessen werden. Im nächsten Schritt wird das NO 2 bei 330°C zu
NO umgewandelt. Dann werden Ozon (O3) und das NO vermengt, wobei NO2 im angeregten
Zustand entsteht. Die freiwerdende Energie bei Rückfall auf das eigentliche Energieniveau
S e i t e | 30
kann in Form von Lichtquanten erfasst werden. Diese Aufgabe erfüllt ein Photomultiplier.
Die Anzahl der entstandenen Lichtquanten ist proportional zur N-Konzentration. Diese kann
durch Umrechnung ermittelt werden.
4.4.2.5 Chlorid, Sulfat, Nitrat und Nitrit (IC)
Weitere Pflanzennährstoffe wurden mit
Hilfe
der
Anionenaustauschchromatographie, kurz Ionenchromatographie (IC) von Fachpersonal des Labors analysiert. Das
Prinzip
der
IC
ist
die
Erfassung
von
spezifischen
Retentionszeiten. Vorbehandelte Proben werden in das
System gegeben und mit Hilfe eines Eluenten durch das ICGerät geschleust. An der sogenannten Trennsäule, ein
dünnes Röhrchen mit polymerer Matrix, treten Ionen der
Probe
mit
reaktiven
Gruppen
des
Röhrchens
in
Abbildung 13: Darstellung eines Ionenchromatographen nach
metrohm.com (2012).
Wechselwirkung. Je nach den chemischen Eigenschaften der
Stoffe bleiben diese reversiblen Verbindungen unterschiedlich lange erhalten, ehe sie sich
lösen und vom Eluenten abtransprotiert werden. Die zu analysierenden Stoffe haben also
unterschiedliche Retentionszeiten und können dadurch differenziert werden. Das Ergebnis
wird graphisch als Chromatogramm dargestellt oder als Tabelle ausgegeben (Viehweger,
2000 und ÖKZ, 2011).
4.4.3 Bearbeitung der Laboranalysedaten
Zur Handhabung aller analysierten Daten wird im Labor des Institutes für Natur- und
Ressourcenschutz eine Excel Datei verwendet. Diese beinhaltet alle von Hand erfassten
Ergebnisse und modifiziert sie automatisch. So wird das Zahlenformat sinnvoll angepasst, um
zu verhindern, dass eine Genauigkeit vermittelt wird, die die Analysen nicht hergeben. Es
werden Faktoren eingesetzt, um Nitrat in Nitratstickstoff, Nitrit in Nitritstickstoff,
Ammonium in Ammoniumstickstoff und Orthophosphat in Orthophosphatphosphor
umzuwandeln. Das erspart einzelne stöchiometrische Berechnungen und sorgt dafür, dass
alle Ergebnisse bereits in dem Format vorliegen, in dem sie weiter verwendet werden.
Außerdem werden Fehlerquellen dadurch minimiert, dass die Labordatensammlung
Abweichungen zwischen den drei Parallelen berechnet. So lassen sich schnell zwei Werte mit
S e i t e | 31
ähnlichem Ergebnis ausmachen. Diese werden abschließend gemittelt. Gegebenenfalls wird
die Messung wiederholt.
4.5 Datenmanagement
4.5.1 Berechnung der Abflüsse mit Hilfe der „FlowSens“-Daten und dem
Programm „Fluegel“
Wie in Kapitel 4.3.4 beschrieben, wurden die einzelnen Messungen des „FlowSens“
Abbildung 14: Benutzeroberfläche des Programms "Fluegel".
protokolliert. Dabei wurden Gewässerbreite und -tiefe, Messtiefen, Gewässermorphologie
sowie Fließgeschwindigkeiten notiert. Die so entstandenen Messprotokolle dienten der
Ermittlung der Abflüsse mit dem Programm „Fluegel“ (siehe Abbildung 14). Es rechnet die
einzelnen Fließgeschwindigkeiten mit Hilfe der Querschnitte und Fließzellen in Abflüsse um.
Alle Einzelmessungen wurden dazu zunächst in Excel-Tabellen übertragen und in „.txtDateien“ mit Tabstopptrennung umgewandelt. Diese Dateien können von „Fluegel“ zur
Berechnung verschiedener Durchschnittswerte genutzt werden. Entscheidend waren dabei
die durchschnittlichen Fließgeschwindigkeiten sowie die Zellenabflüsse und der Profilabfluss.
„Fluegel“ unterscheidet zwei Gewässerbettstrukturen. Zum einen den eckigen und zum
anderen den parabelförmigen Typ. Daher wurden die Excel-Tabellen entsprechend der
Protokolle formatiert, sodass die Differenzierung genutzt werden konnte. Ohne dieses
Vorgehen wären hydraulische Eigenschaften der unterschiedlichen Messprofile nicht
ausreichend berücksichtigt worden und die Ergebnisse somit ungenauer geworden.
S e i t e | 32
4.5.2 Datenerfassung und Weiterverarbeitung
Zur Erfassung aller Daten wurden Tabellen erstellt (siehe CD). Diese beinhaltet geodätische
Kordinaten, Gewässerbreiten, Fließgeschwindigkeiten, Abflüsse, physikalische Parameter,
Sauerstoff, Nährstoffkonzentrationen und Schwebstoffe (in Abbildung 15 schematisch
dargestellt). Die Tabelle diente als Grundlage für weitere Berechnungen und zur
übersichtlichen Auflistung der Ergebnisse. Die Erfassung der Daten erfolgte manuell,
hinsichtlich der Laborergebnisdateien auch Rechner gestützt. Dabei wurden die originalen,
handschriftlichen
Messprotokolle
und
sämtliche
Laborergebnisse
digitalisiert.
Zur
Umrechnung der Koordinaten in andere Projektionen und zur Berechnung von Frachten
wurden Formeln verwendet, wobei die geodätischen Koordinaten mit einem GIS noch
nachbearbeitet werden müssen, weil die Messungen oft im Wald und damit bei schlechtem
Satellitenempfang durchgeführt werden mussten. Auch die LAWA-Klassen wurden als
Näherung auf der Basis der Einzelmessungen berechnet. Hauptpegel wurden mit einem
roten Rand versehen. Die Tabelle
wurde außerdem mit Formeln zur
Plausibilitätsprüfung
waren
im
erweitert.
Einzelnen
„Durchschnitt“,
„Maximum“,
„Änderung
die
Das
Spalten
„Minimum“,
„Maximum/Output“,
Frühjahr/Herbst“,
„Jahresoutput“ und „durchschnittlicher
spezifischer Output pro Hektar und
Jahr“. Die Tabellen sind auf Grund ihrer
Größe nicht innerhalb des Textes
darstellbar, aber bei Bedarf dem
elektronischen
Speichermedium
zu
entnehmen.
Abbildung 15: Schematische Darstellung des Aufbaus der Datenerfassungs-Tabellen.
S e i t e | 33
4.5.3 Darstellung der Werte in Übersichtsgrafiken
Zur Darstellung der Datentabellen wurden flexible Grafiken entwickelt, die sich automatisch
anpassen, wenn man den Dateninput verändert. Dies funktioniert mit Hilfe von diversen
Formeln und internen Verlinkungen. Der Vorteil der aufwendig konstruierten Grafiken ist,
dass sie für alle Gebiete des Projektes anwendbar sind. Die Vorlage-Grafik funktioniert wie
ein Baukasten, sodass sich Sprache, Wasserinhaltstoffe und die Art der Darstellung ohne
großen Aufwand verändern lassen. Das erleichtert die Gebietsanalyse. Es werden für jeden
Messpunkt bis zu drei Größen dargestellt, die farblich deutlich unterscheidbar sind. In
diesem Fall sind es meist Abfluss, Konzentration und Stofffracht. Bei den physikalischen
Parametern gibt es Abweichungen. Längsschnittvergleiche sowie Bilanzierungsknoten sind
optisch hervorgehoben. Auch Besonderheiten der Gebiete, wie zum Beispiel Kläranlagen,
werden dargestellt. Die Grafiken stellen Ergebnisse der Herbst- oder Frühjahreskampagnen
dar oder vergleichen die Messergebnisse des Frühjahres mit denen vom Herbst. Letztere
enthalten relative Veränderungen der Abflüsse, Konzentrationen und Stofffrachten aller
Messpunkte im Jahresverlauf. In Kapitel 5.2 werden die Grafiken zur Analyse und zur
Auswertung der im Feld und im Labor bestimmten Daten verwendet. Zur Veranschaulichung
wird in Abbildung 16 exemplarisch eine der erstellten Grafiken dargestellt. Eine Sammlung
aller Grafiken ist auf der CD zu finden.
S e i t e | 34
Abbildung 16: Beispiel für eine Bilanzanalyse, hier: Gesamtstickstoff im Demnitzer Mühlenfließ im Frühjahr 2011.
S e i t e | 35
4.6 Das Prinzip der Fehlersuche bei Gebietsanalysen
Das Ziel der Gebietsanalysen war es herauszufinden, ob die aufgestellten Bilanzen erklärbar
sind oder nicht. Ohne Wissen über die Landnutzung, die Bodenarten und die
Grundwasserströmungen können Fehler in den Bilanzen nicht immer restlos erklärt werden.
Weil eine komplette räumliche Analyse den Rahmen einer Bachelorarbeit sprengen würde,
wurde hier eine Beschränkung auf den Vergleich der Bilanzen mit Landnutzungskarten der
Gebiete vorgenommen. Mit Hilfe der vorbereiteten Tabellen, Grafiken und Diagramme
wurden
extreme
Werte,
systematische
Beziehungen
und
gebietsübergreifende
Zusammenhänge ermittelt und es versucht, diese mit den Landnutzungskarten aus dem GIS
zu erklären. In vielen Fällen führte das zu plausiblen Ergebnissen und sinnvollen ersten
Einschätzungen der Eignung und der Gültigkeit gemessener und analysierter Daten.
5 Ergebnisse
Der wissenschaftliche Kern dieser Bachelorarbeit besteht darin, eine Fehleranalyse der
Messkampagnen, der Laborarbeit und der Weiterverarbeitung der Daten durchzuführen.
Außerdem soll diese Arbeit gebietsspezifische Analysen der Daten beinhalten. Im Folgenden
wird zunächst die allgemeine Fehleranalyse beschrieben. Im zweiten Teil werden die
Einzugsgebiete hinsichtlich ausgewählter Wasserinhaltsstoffe, physikalischer Parameter und
ihrer Abflüsse einer Gebietsanalyse unterzogen. Dabei wird stets Bezug auf die Grafiken
genommen. Der dritte Teil der Ergebnisse bewertet die Daten hinsichtlich kritischer
Konzentrationen, indem die Gewässergüteklassifizierung nach LAWA als Näherung
angewendet wird.
5.1 Allgemeine Fehlerbetrachtung
Die zu Grunde liegende Frage ist, ob die Messkampagnen an der Buckau/HerrenmühleForellenhof, dem Demnitzer Mühlenfließ/Berkenbrück-1 und der Nuthe/Walternienburg
sinnvolle Ergebnisse liefern konnten. Es kommt bei der Beantwortung dieser Frage darauf
an, wofür die Ergebnisse verwenden werden sollen. Nachfolgende Arbeiten werden sich mit
den
in
der
Einleitung
erwähnten
weiteren
Phasen
des
NaLaMa-nT-Projektes
auseinandersetzen und die gesammelten Daten und den damit erstellten Grafiken
S e i t e | 36
weiterverarbeiten. Deren Ziel wird die Aufstellung von großskaligen hydrologischen
Modellen sein. Es ist also entscheidend, dass sich aus den Daten und Grafiken Tendenzen
ablesen lassen. Eine der Situation nicht angepasste Exaktheit ist nicht zwingend erforderlich,
zumal in dieser Arbeit Pflanzennährstoffe und nicht Spurenelemente untersucht werden.
Außerdem sollen keine speziellen Maßnahmen abgeleitet werden, sondern die Daten
werden zu Vergleichszwecken für die Modellierung genutzt und dienen der Erfassung der
wassergütemäßigen Ist-Zustände in den Gebieten. Dabei ist nicht der Einzelwert, sondern
die Summe der Ergebnisse entscheidend. Dennoch sollen alle Ergebnisse möglichst evident
sein. Es wurden detaillierte Plausibilitätsprüfungen durchgeführt, um Fehler bei den
Messkampagnen, der Laborarbeit und der Weiterverarbeitung der Daten aufzudecken. Zur
weiteren Bewertung der Qualität aller Messungen und Analysen gelten als Maßstab die zur
Verfügung stehenden finanziellen Mittel und die erforderliche Exaktheit der Daten in Bezug
auf die Zielsetzung des „NaLaMa-nT“-Projektes.
5.1.1 Auswahl der Messpunkte
Die erste mögliche Quelle für Fehler ist bereits die Auswahl der Messpunkte. Ohne
Begehung des Flussnetzes mussten entsprechende Messstellen definiert werden. Mit Hilfe
eines GIS konnten Karten mit höherem räumlichen und rechentechnischen Auflösungsgrad
genutzt werden. In einigen Fällen wurde ein genauer Flusslaufplan von den lokalen Ämtern
zur Verfügung gestellt. Unter Berücksichtigung der begrenzten Zeitspanne für die
Messkampagnen wurden die wichtigsten Zu- und Abflüsse definiert und in Lagepläne
eingetragen (siehe Abbildung 8 und 9). Zusätzlich erklärten sich einige Ämter, Vereine und
Organisationen in den Regionen bereit, einen ortskundigen Mitarbeiter freizustellen. Mit
Hilfe dieser gebietskundigen Personen wurden die Lagepläne überarbeitet und es konnten
einige „Insider“-Informationen gesammelt werden. Der mögliche Fehler, einen wichtigen
Nebenarm übersehen zu haben, konnte so mit großer Sicherheit ausgeschlossen werden.
Zum schnellen und sicheren Wiederfinden aller Messstellen wurden im Frühjahr
Kameraaufnahmen gemacht. Nichtsdestotrotz war die Suche der Messstellen des Frühjahres
in den Herbstkampagnen nicht immer einfach. Es ist teilweise vorgekommen, dass im Herbst
einige Meter weiter flussauf- oder flussabwärts gemessen werden musste, weil die
Vegetation das Messen an der exakten Stelle nicht zuließ.
S e i t e | 37
Bei der Auswahl der Messpunkte war der finanzielle Faktor limitierend. Der Nachteil daran
war, dass möglichst gleichzeitige Messungen aller Punkte nicht möglich waren. Daraus
entstehen zwangsläufig Fehler, da Unregelmäßigkeiten des Abflusses nicht beeinflussbar
sind und bei Messungen über mehrere Tage nicht erfasst werden können. Um die Fehler
durch zeitliche Überschreitungen zu minimieren, wurden alle Messungen möglichst schnell
durchgeführt. Trotzdem dauerten die Kampagnen je nach Größe des Gebietes im
Durchschnitt 4-6 Tage. Besonders bemerkbar macht sich der zeitliche Aspekt im Falle von
Niederschlagsereignissen. Glücklicherweise kam es in fast keiner Kampagne zu
nennenswerten Niederschlagsmengen. Lediglich an einem Tag der Herbstkampagne am
Demnitzer Mühlenfließ hatte es stark geregnet. Dies schlägt sich deutlich in den Daten
nieder (siehe Kapitel 5.2.4). Weil es insgesamt fast immer trocken geblieben war, kann diese
Fehlerquelle, abgesehen von dem NS-Ereignis im Herbst am Demnitzer Mühlenfließ,
vernachlässigt werden. Die täglichen Schwankungen und Unregelmäßigkeiten des Abflusses
nehmen keinen signifikanten Einfluss auf die Ergebnisse und können vernachlässigt werden,
bedenkt man den erforderlichen Genauigkeitsgrad zur weiteren Verarbeitung der Daten.
5.1.2 Subjektive Fehlerquellen (Messfehler durch das Personal)
Die Teamstruktur der Kampagnen war so beschaffen, dass pro Team eine Person qualifiziert
und erfahren im Umgang mit den durchzuführenden Messungen und Probenahmen war. Die
anderen Personen mussten sich im Laufe der Zeit das notwendige Wissen aneignen. Grade in
dieser Anlernzeit kam es zu Fehlern, die allerdings durch die qualifizierten Teammitglieder
korrigiert wurden. Die gesammelten Erfahrungen waren jedoch nur für eine oder zwei
Kampagnen von Nutzen, da nur eine Person alle Kampagnen begleitete. Somit mussten in
jeder Kampagne neue Leute eingewiesen und genauestens beobachtet werden.
Durch die Arbeit in unwegsamem Gelände, fehlende Erfahrung mit den Messgeräten und im
Umgang mit dem Schöpfbecher, müssen kleinere Messfehler toleriert werden. In schwer
gangbarem Gelände ist es nicht unkompliziert, die Probenflaschen präzise zu füllen oder das
Messgestänge des „FlowSens“ immer wieder am zuvor festgelegten Punkt anzusetzen. Auch
beim Messen der physikalischen Parameter können kleinere Fehler gemacht worden sein, da
zum Teil die Erfahrung fehlte, um zu wissen, wann der beste Zeitpunkt gekommen ist, um
den jeweiligen Wert am Gerät abzulesen. Als Faustregel wurde der Wert genommen, bei
dem sich das Gerät über einen längeren Zeitraum (ca. 1 min) eingependelt hatte. Auf Grund
S e i t e | 38
des enormen Zeitdruckes wurde oft bis spät in die Nacht gearbeitet. Dabei lässt unweigerlich
die Konzentration nach. Fehler beim Ablesen oder Aufschreiben der Werte, bei
Vermessungen und bei der nächtlichen Filtration einiger Wasserproben könnten durchaus zu
bestimmten Flüchtigkeitsfehlern geführt haben. Um diese Fehlerquelle einzudämmen,
wurden alle erhobenen Daten nach den Messkampagnen auf Plausibilität überprüft und im
Einzelfall nach Rücksprache mit dem jeweiligen Team abgeändert. Diese nachträglichen
Änderungen sind in den Tabellen auf CD kursiv markiert.
5.1.3 Objektive Fehlerquellen (Messfehler durch technisches Equipment)
Große Schwierigkeiten traten im Dauereinsatz der Messgeräte auf. An einigen Tagen fielen
immer wieder pH-, Leitfähigkeits- und Sauerstoffsonden aus. Bei den physikalischen
Parametern gibt es also keine 100-prozentige Gewähr, dass die Daten korrekt sind. Beim
Ausfall einer Sonde wurden die entsprechenden Werte nach Abschluss der Messungen
nachträglich mit Hilfe des Wassers aus den Liter-Probeflaschen gemessen. Dabei muss
beachtet werden, dass sich die Wassertemperatur bis zum Abend oft um mehrere °Celsius
verändert hatte. Grade für die Messungen von Sauerstoff und Leitfähigkeit ist dieser
Umstand problematisch (siehe Kapitel 4.3.3). Im Nachhinein wurden die so gemessenen
Daten einer Korrektur unterzogen. Dabei wurden die Wassertemperatur der Protokolle, die
Wassertemperatur bei der abendlichen Messung und das Messergebnis zu Grunde gelegt. So
konnte
der
entsprechende
Wert
der
physikalischen
Parameter
über
einfache
Korrekturrechnungen, passend zur Wassertemperatur auf dem Protokoll, ermittelt werden.
Es wurde bereits angesprochen, dass es keine klare Regel dafür gibt, wann man einen Wert
am Gerät ablesen soll. Von den Labormitarbeitern wurden die oben genannten Faustregeln
aufgestellt und an die Teams weitergegeben. Es handelt sich folglich um geschätzte Werte,
wenn auch innerhalb eines Rahmens, der ausreichende Genauigkeit sicherstellt.
„Ausreichende Genauigkeit“ entspricht hier der im Hinblick auf die Ziele der
Messkampagnen zur späteren Weiterverwertung für die Modellierung erforderten
Genauigkeit (siehe Einleitung zu diesem Kapitel). Die Leitfähigkeit wurde auf eine ganze Zahl,
der pH-Wert auf zwei und der Sauerstoffgehalt auf eine Nachkommastelle gerundet (siehe
Tabellen auf CD).
Die zur Messung der Fließgeschwindigkeit eingesetzten Geräte („FlowSens“ und „Qliner“)
stellen auch Fehlerquellen dar. Wie bei allen Geräten ist ihre Funktionalität von bestimmten
S e i t e | 39
Faktoren abhängig. Um optimale Betriebsbedingungen zu erreichen, müsste man Gewässer
ohne Kraut, Totströmungen und Verwirbelungen vorfinden. Solche Fließgewässer gibt es
aber nur selten. Im natürlichen Gewässer und selbst in künstlichen Gewässern, wie Kanälen,
muss mit den eben genannten Einflüssen gerechnet werden. Während der Kampagnen
wurde sehr darauf geachtet, die Fehlerquellen zu minimieren. Alle Messungen wurden,
soweit möglich, an Stellen mit gleichmäßiger Strömung durchgeführt, um Totströmungen
und Verwirbelungen zu umgehen. Krautfelder wurden vorsichtig entfernt oder umgangen.
Bei den Messungen mit dem „FlowSens“ konnten die Störfaktoren weitestgehend minimiert
werden. Kritischer zu sehen sind die Messungen mit „Qliner“. Der „Qliner“ wurde dort
eingesetzt, wo Messungen mit „FlowSens“ nicht möglich waren, also an sehr breiten und
tiefen Flussbereichen und beim Vorkommen von Untiefen. Folglich war es nicht möglich,
Kraut zu entfernen. Ein Großteil der Messungen mussten zudem von Brücken aus
durchgeführt werden, weshalb es kaum möglich war, allen Totströmungen und
Verwirbelungen zu entgehen. Des Weiteren sind Kraut, Totströmungen und Verwirbelungen
bei breiten, tiefen Flüssen schwerer auszumachen. Messungen von Brücken sind auch aus
einem anderen Grund kritisch zu betrachten, weil sie nur mit Seilen durchgeführt werden
können und sich der Schwimmkörper des „Qliners“ schnell verdreht. Es gibt zwar im Menü
des PDA´s eine Funktion, die es ermöglicht eine Nordausrichtung zu verwenden, diese
konnte aus technischen Gründen aber nicht genutzt werden. Messungen mit
Nordausrichtung dauern deutlich länger, wobei auf der anderen Seite aber so schnell wie
möglich gearbeitet werden muss. Glücklicherweise konnten alle „Q-Liner“-Messungen nach
den Kampagnen durch Vergleiche und logische Überlegungen manuell nachkorrigiert
werden, da der Einastz in den drei Gebieten nur in der Nuthe und dort auch nur relativ
selten erfolgte. Ohne diese Nachkorrektur wären die Daten unbrauchbar gewesen, da die
Bilanzfehler in den Knotenpunkten zu groß gewesen wären. Die gesammelten Daten und die
Übersichtsgrafiken ermöglichten Plausibilitätsprüfungen. In einer ersten Längsschnittanalyse
des Flusses konnte man schnell erkennen, wo Wasser scheinbar unerklärbar „verschwindet“.
Diese Stellen waren ein Indiz dafür, welche „Qliner“-Werte korrigiert werden mussten.
Zusätzlich wurden Vergleiche herangezogen, wenn mit beiden Messmethoden oder bei
beiden Messkampagnen mit unterschiedlichen Methoden gearbeitet wurde. Nach der
Ausbesserung
wurden
Nachkontrollen
(Längsschnitt-
und
Bilanzknotenanalysen
durchgeführt, welche aufzeigten, dass die neu ermittelten Daten plausibel waren.
S e i t e | 40
5.1.4 Laboranalytik (objektive und subjektive Fehler)
Die Analyse der Proben fand im Labor des „Institutes für Natur- und Ressourcenschutz“ der
Uni Kiel statt. Folglich wurden die bei den Messkampagnen eventuell entstandenen Fehler
übernommen. Auf Grund der Dauer der Kampagnen wurden die Proben vor Ort eingefroren
und bei der Heimfahrt in Kühltruhen mit Kühlakkus verpackt. Dadurch sollten Abbauprozesse
durch Mikroorganismen verhindert werden. Zur Vermeidung von physikalisch-chemischen
Prozessen sollten die Proben möglichst schnell nach Eintreffen im Labor schonend im
Kühlschrank aufgetaut (die empfindlichen Plastik-Fläschchen würden dem Druck einer zu
schnellen Ausdehnung wohl nicht standhalten) und analysiert werden. Dies konnte nicht
immer realisiert werden, da die Kapazitäten im Labor begrenzt sind, weshalb einige Proben
längere Zeit zwischengelagert werden mussten. Für den Fall, dass einzelne Fläschchen
beschädigt waren, konnte man dies beim langsamen Auftauen frühzeitig bemerken und die
Probe retten. Bei der Analytik im Labor überschneiden sich objektive und subjektive
Fehlerquellen. Es wurden Messgeräte verwendet, die teilweise automatisiert waren. Ein
Eingreifen war also nur eingeschränkt möglich. Die Technik im Labor entspricht dem
erforderten Qualitätsniveau und ermöglicht exakte Messungen im Bereich der
Pflanzennährstoffanalytik. Problematischer sind die subjektiven Fehler. Zum einen konnten
sich Fehler addieren, da die Probenahmen, wie beschrieben, bereits von Fehler
produzierten. Zum anderen boten die Laboranalysen Raum für neue Fehler. Die Analytik
wurde von unerfahrenem Personal durchgeführt und nur teilweise durch Fachkräfte des
Labors überprüft. Allerdings musste vor Beginn der Analysen eine Einweisung durch den
Laborleiter absolviert werden und es mussten alle Analysen (siehe Kapitel 4.4.2) einmalig im
Beisein
eines
technischen
Angestellten
geprobt
werden.
Zur
Minimierung
der
Fehleranfälligkeit wurden, wie bereits beschrieben, immer drei Parallelen von jedem
Messpunkt angefertigt. Nur zwei der drei Parallelen wurden verwendet, indem man ihren
Mittelwert berechnete und somit einer möglichen Streuung unter den Parallelen
entgegenwirkte. Wenn jedoch alle drei Parallelen voneinander um mehr als 5 oder 10 %, je
nach analysiertem Nährstoff, abwichen, wurde die gesamte Analyse dieses Messpunktes
verworfen und neu angesetzt. Führte die Wiederholung nicht zu einer Verbesserung, so
wurde die Probe für inhomogen erklärt und die zwei Werte mit der geringsten Abweichung
voneinander gemittelt. Unterschiedliche Analyseergebnisse der Parallelen konnten durch
falsches Pipettieren, unsauber angesetzte Reagenzien und durch Verwechseln von
Reagenzgläsern
entstehen. Letzteres wurde allerdings durch
konzentriertes
und
S e i t e | 41
konzeptioniertes Arbeiten weitestgehend vermieden. Alle Analysemethoden haben
Genauigkeitsgrenzen. Man nennt sie auch „Bestimmungsgrenzen“ und „Nachweisgrenze“
(NG). Liegen die Ergebnisse der Analyse unter einer definierten Bestimmungsgrenze, so
werden diese als u.B. (unterhalb der Bestimmungsgrenze) markiert. Die Bestimmungsgrenzen können im einzelnen Tabelle 3 entnommen werden. Da es sich um sehr niedrige
Tabelle 3: Bestimmungsgrenzen einiger Wasserinhaltsstoffe nach Information des Labors (2012).
Werte handelt, könnten die Ergebnisse unterhalb der Bestimmungsgrenze (u.B.) so
akzeptiert werden und bekommen nach der Gewässergüteklassifizierung ohnehin eine der
besseren Klassen. Vor allem die Nitrit-Stickstoff-Analysen ergaben durchweg sehr niedrige
Werte und konnten meist nur durch „0“ (Güteklasse I) und u.B. (Güteklasse I-II)
unterschieden werden. Die Nachweisgrenze liegt unterhalb der Bestimmumgsgrenze.
Zwischen beiden ist eine genauere Bestimmung eines Zahlenwertes nicht mehr möglich, es
ergibt sich aber die Einstufung „0“ oder „u.B“. Beim Nitrit wurde diese Verfahrensweise
verwendet, weil ein „u.B.“ nur zur LAWA-Klasse I-II führt.
Der Ursprung der manchmal nicht stimmigen Analyseergebnisse der Schwebstoffe liegt in
der Entnahme der Proben. Diese war hier die entscheidende Fehlerquelle, weil eine
Entnahme nur stichprobenartig sein kann und leicht durch eine nicht optimale Durchführung
beeinflusst werden kann (siehe Kapitel 4.3.2). Im Folgenden wird auf die Filtration im Labor
zur Zeit der Messkampagnen und die Filtration im Labor des „Institutes für Natur- und
Ressourcenschutz“ der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel unterschieden.
Während der Messkampagnen wurden Filtrationen durchgeführt, um Proben für den
Ionenchromatographen und zur Analyse von löslichem Phosphat, möglichst mit wenig
Biomasse, zu erhalten. Die Art und Weise der Filtration war allerdings fragwürdig. In einem
zylinderförmigen Druckbehälter wurden die Proben durch ein Mikrosiebfilter gepresst und
unterhalb aufgefangen. Wäre nur ein einziges Mal das Spülen des Zylinders vergessen
S e i t e | 42
worden, hätte mit erheblichen Verfälschungen gerechnet werden müssen. Deshalb wurde
sehr konzentriert gearbeitet und es wurden bei jeder neuen Filtration die Mikrosiebfilter
ausgetauscht. Trotzdem können minimale Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden.
Im Labor des „Institutes für Natur-und Ressourcenschutzes“ der Christian-AlbrechtsUniversität zu Kiel wurden die Messungen der Schwebstoffe (inklusive der Kleinstlebewesen)
durchgeführt. Sie gelten weniger als Analysen, sondern vielmehr als „reine Messungen“. An
Labortischen wurden mehrere Zylinderkolben mit Mikrosiebfiltern an ein Unterdruckgerät
angeschlossen. Vor jeder Filtration wurde das Gewicht aller Siebe abgewogen und notiert.
Dann wurde durch jeden Filter ein Liter Probenwasser gesaugt. Die Filter mitsamt den
Rückständen wurden getrocknet und ausgewogen. Die Differenz zwischen dem Gewicht der
Filter vor und nach der Filtration entspricht dem Gewicht der Schwebstoffe und
Kleinstlebewesen. Fehler konnten folglich bei der Messung der Filtergewichte auftreten. Bei
der Gabe des Probenwassers in die Filteraufbauten wurden Messzylinder verwendet. Das
Ablesen von genau einem Liter geschah per Augenmaß und ist daher nicht 100 % fehlerfrei.
Für dennoch sehr genaue Ergebnisse sorgte eine Präzisionswaage der Firma Mettler, die bis
auf ca. 10 µg genau messen kann. Zusammenfassend lassen sich beide Filtrationsprozesse als
nicht absolut, aber ausreichend genau bezeichnen. Gemessen am Anspruch an die
Ergebnisse waren alle Filtrationen akzeptabel und so exakt wie möglich durchgeführt
worden.
5.1.5 Äußere Störgrößen
Eine wesentliche Störgröße bei hydraulischen Durchflussmessungen ist der Einfluss von
Niederschlagsereignissen (Hölting & Coldewey, 2009). Es kann zu einem Verdünnungseffekt
kommen, welcher eine geringe stoffliche Belastung vortäuscht. Der Grad der Verfälschung
steht in direkter Abhängigkeit zur Stärke eines Niederschlagsereignisses. Kleinere Schauer
wirken sich dem entsprechend wenig aus und sind keine Bedrohung für den Erfolg einer
Messkampagne. Lange anhaltende Regenfälle oder kurzfristige Starkregenereignisse
schlagen sich in allen Messungen nieder. Die Messkampagnen blieben mit einer Ausnahme
davon verschont. Am 12.10.2011 der Herbstkampagne hatte es am Demnitzer Mühlenfließ
stark geregnet. In Kapitel 5.2.4 werden die Auswirkungen anhand einer Gebietsanalyse
beschrieben.
S e i t e | 43
Obwohl die Lufttemperatur selber keine Bedeutung für die Auswertung der Ergebnisse hat,
wurde sie für die Hinzuziehung bei späteren Analysen gemessen. Dadurch erhoffte man sich
Erkenntnisse bei der Fehlersuche bezüglich der physikalischen Parameter. Wie unter 3.2.3.
erwähnt sind diese von der Temperatur abhängig. Ist beispielsweise das Probenwasser kühl
und die Lufttemperatur hoch, so liegt es nahe, dass ein Ausgleich stattfinden wird. Dieser
Temperaturausgleich wirkt sich auf die physikalischen Parameter aus und verändert sie
gegenüber ihrem Zustand im Fluss. Je höher der Gradient der Temperatur, desto stärker
wirkt dieser Effekt, weshalb in diesen Fällen schnell gearbeitet werden musste. Es kann auf
Grund der notwendigen Messdauer zu minimalen Abweichungen gekommen sein.
Extremereignisse, wie zum Beispiel ein Chemieunfall, der zu massiven Stoffeinträgen hätte
führen können, kamen während der Messkampagnen wissentlich nicht vor.
5.1.6 Fehlerquellen bei der Weiterverarbeitung von Daten
Die Weiterverarbeitung aller Daten fand per Hand statt. Weil es dabei zu
Übertragungsfehlern hätte kommen können, wurden alle Erfassungsdateien mehrmals
überprüft und mit den originalen Protokollen und Ergebnissen der chemischen Analyse
verglichen. Aufgrund der Absicherung können Fehler an dieser Stelle nahezu ausgeschlossen
werden. Es gab zwar zunächst Missverständnisse mit dem Laborpersonal bezüglich der
unteren Bestimmungs- und Nachweisgrenzen, diese wurden aber erkannt und gemeinsam
ausgeräumt.
5.2 Gebietsanalysen auf der Grundlage von Landnutzungskarten
5.2.1 Gebietsübergreifende Einflüsse
Das Ziel der nachfolgenden Gebietsanalysen ist die Einordnung der Ergebnisse der
Längsschnitt- und Knotenpunktanalysen in die räumlichen Gegebenheiten mit einem
besonderen Fokus auf die Landnutzung. Anhand der ermittelten Durchflüsse der Systeme
und der aus dem GIS entnommenen Landnutzungskarten werden Gebietsspezifika abgeleitet
und erläutert. Prägnante Veränderungen von Konzentrationen und Stofffrachten der in
Kapitel 4.4.2 aufgeführten Wasserinhaltsstoffe werden dabei exemplarisch zur Erklärung
beobachteter Zusammenhänge verwendet. Ein weiteres Ziel der Gebietsanalysen ist die
Begutachtung der erstellten Bilanzen und deren qualitative Einordnung. Dabei sollen anhand
S e i t e | 44
von Indizien Erklärungsansätze gegeben werden, sofern die Bilanzen nicht aufgehen. Dabei
gibt es einige Aspekte, die häufig in Betracht gezogen werden müssen oder für eine gesamte
Jahreszeit gelten. So muss in allen Herbstkampagnen mit größeren Messfehlern gerechnet
werden, da in diesem Zeitraum die Krautvorkommen deutlich stärker ausgeprägt waren als
im Frühjahr. Dies steht in Zusammenhang mit der Güte der Messergebnisse und wurde
bereits erläutert. Es gibt viele mögliche Gründe zur Erklärung von Bilanzfehlern, von denen
zwei besonders schwierig nachweisbar sind. Zum einen sind Schwankungen der
Wassermenge und der Konzentrationen im zeitlichen Verlauf möglich. Das heißt, dass an
derselben Messstelle zwei verschiedene Wasserinhaltsstoffkonzentrationen innerhalb
weniger Minuten denkbar sind. Daher wäre die Gleichzeitigkeit aller Messungen eigentlich
erforderlich, wollte man exakte Ergebnisse liefern. Zum anderen können überall am
Gewässer illegale oder legale Entnahmen oder Einleitungen stattfinden, die meistens nur
schwer zu ermitteln sind. Die Messgenauigkeit liegt normalerweise im Schwankungsbereich
von etwa +/-10%, kann aber durch die beschriebenen Einflüsse stark abnehmen. Auf Grund
der besonderen Bedeutung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) für die
Bewertung des chemischen Zustandes hinsichtlich der verschiedenen Wasserinhaltstsstoffe,
wird diese in Kapitel 5.3 gesondert betrachtet. Dabei stehen die Ergebnisse aus der
Gewässergüteklassifizierung nach LAWA für die drei Einzugsgebiete im Fokus.
5.2.2 Fläming – die Buckau (Pegel Herrenmühle/Forellenhof)
Das Einzugsgebiet der Buckau (Pegel Herrenmühle/Forellenhof) wurde durch 15 Messpunkte
hinsichtlich der Wassermenge und -qualität erfasst. Messpunkt 1 liegt etwa in der Mitte des
Gebietes und ist zugleich der südlichste. Auf der rund 2 Kilometer langen Fließstrecke bis
zum Messpunkt (MP) 2 wird ein westlich gelegenes Klärwerk passiert. Trotzdem wurde für
diese Strecke keine Längsschnittanalyse gemacht, da diese auf Grund des langen Fließweges
nicht aussagekräftig gewesen wäre. Ein weiteres Klärwerk im Süden des Einzugsgebietes hat
keinen Einfluss auf die Buckau, da es durch Rohrleitungen nach Süden in das Einzugsgebiet
der Nuthe entwässert (Messal, 2011). Die Wassermenge vervielfältigt sich im Frühjahr von
rund 3 l/s am MP 1 auf ca. 100 l/s am MP 2 und im Herbst von 4 auf 126 l/s (Abbildung 19).
Der
Anteil
der
hydrologischen
Eigenleistung
des
Gebietes
Zwischengebietes) ist hier sicherlich relativ hoch.
(Wasserspende
des
S e i t e | 45
Der erste Längsschnittvergleich an der Buckau ist von MP 2 nach MP 3 ermittelt worden.
Hier befindet sich eine Forellenanlage, die Wasser der Buckau durch ihre Fischteiche
strömen lässt und dieses hinterher – natürlich mit gewissen Verlusten – wieder einleitet. Die
Fische werden dadurch mit frischem, sauerstoffhaltigem Wasser versorgt und ihre
Stoffwechselendprodukte werden abgeführt und zurück in das Gewässer geleitet. Dabei
kommt es zu Wasserverlusten durch Verdunstung und Versickerung, je nach Größe der
Wasserfläche und nach Bodensubstrat. Dass sich der Durchfluss trotzdem im Frühjahr um
+155 % (von 100 auf 254 l/s) und im Herbst um +111 % (von 126 auf 266 l/s) stark erhöht, ist
wie von MP 1 nach MP 2 durch die hydrologische Zwischengebiets-Abflussspende zu
erklären (Abbildung 17 und 19). Da sich die Ergebnisse von Frühjahr und Herbst (2<->3) sehr
Abbildung 17: Bilanzknoten (links) und Längsschnittanalysen (rechts) in der Buckau - Abfluss.
ähnlich sind, ist ein Messfehler eher unwahrscheinlich. Die Auswirkungen der
Schmutzwassereinleitung in die Buckau sind anhand der Frachten der analysierten
Nährstoffe nachvollziehbar. So steigt die Fracht des Gesamtstickstoffes im Mittel von
Frühjahr und Herbst um +200 %, während der Durchfluss im Mittel von Frühjahr und Herbst
nur um +133 % ansteigt. Ähnliches lässt sich für Chlorid und Sulfat feststellen. Die
Forellenanlage hat also erwiesenermaßen Einfluss auf die chemische Gewässergüte. Zudem
würde man einen Einfluss auf die Sauerstoffkonzentration erwarten, da die Fische Sauerstoff
als Elektronenakzeptor im Energiestoffwechsel verbrauchen. Diese Vermutung lässt sich
aber anhand der analysierten Werte nicht bestätigen, denn im Frühjahr steigt die
Sauerstoffkonzentration von 9,1 mg/l (MP 2) auf 9,4 mg/l (MP 3) an und verändert sich im
Herbst vom MP 2 (9 mg/l) nach MP 3 (9 mg/l) nicht (Tabelle 4). Sicherlich sorgt der Fischwirt
für zusätzliche Belüftung des Anlagenwassers. Der folgende Knotenpunktvergleich (MP 3 +
MP 4 = MP 5) wirft Fragen auf. Zwischen MP 4 und MP 5 liegen sumpfige Wiesen, die durch
hohe Verdunstung und durch Versickerung die Bilanz entsprechend beeinflussen. Für das
S e i t e | 46
Frühjahr ergibt die Bilanzierung allerdings einen Verlust von -28,5 %, der in seiner Höhe nicht
zu erklären ist. Für den Herbst erscheint die erfasste Bilanz noch unrealistischer, da sie trotz
der Wassermengensenke einen Wert von +14 % anzeigt. Es lässt sich im Nachhinein nicht
feststellen, wo genau ein Fehler gemacht wurde. In der Nähe von Messpunkt 5 liegt der
Landespegel „Birkenreismühle“, der zum Zeitpunkt der Messungen nicht bekannt war. Im
Nachhinein wurden für diesen aber Daten angefordert, wodurch eine Kontrolle der eigenen
Messungen möglich war. Mit den Abflusswerten des Landesamtes für Umwelt, Gesundheit
und Verbraucherschutz Brandenburgs (LUGV) wurden die Ergebnisse der Kampagne
korrigiert, weshalb für die vermutete Fehlmessung nur noch die Messpunkte 3 und 4 in
Abbildung 18: Bilanzknoten in der Buckau – Chloridfracht.
Betracht kommen. Erstaunlich ist, dass die analysierten Konzentrationen und die daraus
ermittelten Stofffrachten dem Trend der Abflussmessungen folgen, was eigentlich für die
Richtigkeit der erfassten Daten spricht. Als Beispiel dafür sind die Differenzen der Frachten
von Chlorid im Frühjahr um -39 % gesunken und im Herbst um +9,7 % gestiegen (Abbildung
18). Weitere Analysen unter Einbeziehung der Bodenarten, der Vegetation und anderer
Parameter erscheinen zur Aufklärung des vermuteten Fehlers nötig zu sein. Die folgende
Längsschnittbilanz von MP 5 nach MP 6 ergibt für die Frühjahresmessungen einen Anstieg
der Wassermenge um +49 %. Dies steht im Widerspruch zu den Ergebnissen derselben Bilanz
im Herbst, wo lediglich eine Zunahme von +1,5 % zu beobachten ist. Der Unterschied (ca. 48
Prozentpunkte) ist zunächst nicht erklärbar (Abbildung 17). In der Landnutzungskarte sind
zwischen den beiden Messpunkten (MP 5 und MP 6) Nadelwald und Wiesen/Weiden zu
finden. Es gibt also keine Industrie, keine Klärwerke und auch keine Fischteiche, die
irgendeinen Einfluss auf die Messergebnisse gehabt haben könnten. Zwar kann es sein, dass
ein Einzugsgebiet im Frühjahr eine größere Abflussspende besitzt als im Herbst, aber dann
müssten die Konzentrationen der Wasserinhaltsstoffe etwa gleich bleiben. Im Herbst ist dies
S e i t e | 47
zum Beispiel für Gesamtphosphor, wie Abbildung 19 zeigt, der Fall (Konzentration MP 5 =
MP 6, nämlich 0,06 mg/l). Betrachtet man aber die Frühjahresdaten, so ergibt sich für viele
Stoffe
(Gesamtphosphor,
Orthophosphat,
Chlorid
und
Sulfat)
eine
deutliche
Konzentrationszunahme, die bewirkt, dass die Fracht, prozentual betrachtet, stärker ansteigt
als der Abfluss. Ein Erklärungsversuch, der nicht auf Grundlage von Messfehlern basiert, zielt
auf unbekannte Einträge ab. Es könnten im Frühjahr illegale Einleitungen gemessen worden
sein, die zum einen die deutlich höhere Zunahme des Abflusses im Frühjahr im Vergleich
zum Herbst, als auch die korrelierende Zunahme bestimmter Wasserinhaltsstoffe erklären
würden. Es könnte beispielsweise eine Sickergrube entsorgt worden sein, was vor allem die
stark erhöhten Phosphor-, Chlorid- und Sulfatfrachten erklären würde, da diese Stoffe in
Haushaltsabwässern hoch konzentriert sind (zum Beispiel durch Reinigungs-, Spül- und
Waschmittel). Der nachfolgende Knotenpunkt ist weniger spektakulär, denn die Zunahme
der Wassermenge im Frühjahr um rund 12 %, nämlich von 422 l/s (MP 6 + MP 7) auf 472 l/s
(MP 8) spricht für einen geringen Messfehler, dessen Ausmaß nur knapp über dem nicht
unüblichen Schwankungsbereich von +/-10 % liegt. Im Herbst wurde eine Abnahme des
Durchflusses von etwa 8 % ermittelt (471 l/s (MP 6 + MP 7) und 434 l/s (MP 8)) (siehe
Abbildung 19). Die Unterschiede zwischen den Frachten sind durch veränderte
Konzentrationen vom Frühjahr zum Herbst zu erklären und somit kein Indiz für einen groben
Messfehler. Dabei muss bedacht werden, dass die absoluten gemessenen Konzentrationen
alle innerhalb der Stufen I bis II der LAWA-Gewässergüteklassifizierung liegen und somit sehr
gering sind. Bei niedrigen Konzentrationen führt daher beispielsweise eine Verdopplung zu
keinen signifikanten Problemen im Gewässer. Die Messpunkte 8 und 9 liegen nur wenige
hundert Meter auseinander und haben keine direkte Verbindung zum parallel fließenden
Herrenmühlengraben.
S e i t e | 48
Abbildung 19: Knoten- und Längsschnittbilanzen in der Buckau im Frühjahr (links) und im Herbst (rechts) 2011 – Gesamtphosphor.
S e i t e | 49
Die Messergebnisse zeigen hier eine Abweichung der Durchflusswerte von -14 % im Frühjahr
und +27 % im Herbst. Da sich die Trends hier unterscheiden, könnte man einen Messfehler
vermuten. Dieser hat eine höhere Relevanz als der bei Knotenpunkt MP 6 + MP 7 = MP 8, da
die Abweichungen deutlich oberhalb der erwarteten Streubreite von 10 % liegen. Die
Fließstrecke führt direkt durch eine Ortschaft, welche möglicherweise durch Entnahmen von
Wasser Einfluss auf die Durchflussmengen hat. Was die Stofffrachten anbelangt, so gehen
die Tendenzen in unterschiedliche Richtungen. So entsprechen die ermittelten Frachten von
Gesamtstickstoff den festgestellten Tendenzen der Abflussmengen mit Werten von -14 % im
Frühjahr und +17 % im Herbst. Für die gelösten Phosphate wurde aber im Frühjahr eine
Abbildung 20: Längsschnittanalysen in der Buckau - Gesamtstickstofffracht (links) und Orthophosphatfracht (rechts).
Frachtzunahme von rund +43 % ermittelt und im Herbst wiederum eine leichte Abnahme der
Fracht von -2,5 % festgestellt. Dieser Trend, dargestellt in Abbildung 20, widerspricht den
Tendenzen zur Abflussmenge und der Gesamtstickstofffracht. Auch für Gesamtphosphat
wurden Unterschiede zwischen MP 8 und MP 9 festgestellt, die in ihrer Tendenz im Frühjahr
den Orthophosphatmessungen ähneln, jedoch im Herbst ebenfalls Zunahmen aufweisen.
Möglicherweise gibt es Direkteinleitungen von Haushaltsabwässern, deren Phosphorgehalte
aufgrund von verschiedenen Reinigungsmittelrückständen stark erhöht sind. Alleine durch
Landnutzungsunterschiede lassen sich diese völlig widersprüchlichen Messergebnisse nicht
erklären, zumal der Fließweg kurz ist und beide Messpunkte durch ihre gemeinsame urbane
Umgebung geprägt sein dürften. Zum Zeitpunkt der Herbstmessung hat es zwar schwach
geregnet, aber auch wenn dieses Regenwasser tatsächlich zu leichten Durchflusserhöhungen
geführt haben sollte, so ist es nicht zur Erklärung der prägnanten Unterschiede zwischen
Frühjahr und Herbst geeignet. Außerdem würden die widersprüchlichen Frachten der
Wasserinhaltsstoffe unerklärt bleiben. Die Fließstrecke vom Messpunkt 9 nach Messpunkt
10 ist im Gegensatz zu der eben betrachteten Strecke (MP 8 nach MP 9) länger - sie beträgt
S e i t e | 50
etwa 3 Kilometer - und weist eine differenziertere Landnutzung in ihrer Umgebung auf. Die
Längsschnittbetrachtung dieses Flussabschnittes ergibt zudem deutlich stimmigere
Ergebnisse. Der Durchfluss nimmt im Frühjahr sowie im Herbst etwas zu, was durch die
große Einzugsfläche zu erwarten war. Dabei steigen die Durchflüsse im Frühjahr von 406 auf
505 l/s (+24 %) und im Herbst von 550 auf 609 l/s (+11 %) an (Abbildung 19). Die Nitratwerte
von +13 % (Frühjahr) und +5 % (Herbst) spiegeln diese Steigerungen am besten wider, denn
sie entsprechen klar deren Tendenz (Abbildung 21). Bei den anderen Wasserinhaltsstoffen
Abbildung 21: Längsschnittanalysen in der Buckau - Nitratfracht (links) und Bilanzknotenanalysen für Gesamtstickstofffracht (rechts).
gibt es minimale Abweichungen der Frachten, was aber durch die lange Fließstrecke und so
mit verschiedenen Einflüssen aus der umliegenden Landschaft erklärt werden kann. Zudem
ist klar, dass alle Messwerte definitionsgemäß nicht uneingeschränkt genau sein können. Die
Bilanz des nachfolgenden Knotenpunktes MP 10 + MP 11 = MP 12 geht bezüglich des
Durchflusses auf. Die Summe der Wassermengen der Messpunkte 10 und 11 ist dabei im
Frühjahr um -6,7 % kleiner als am Messpunkt 12. Diese Differenz unterliegt lediglich kleinen
Messungenauigkeiten, die innerhalb der Streubreite liegen. Für die Herbstbilanz ergibt sich
keine Abweichung zwischen der Summe aus MP 10 + MP 11 und dem Vergleichsmesspunkt
12. Bezogen auf die Frachten stellt sich heraus, dass die Bilanz meist nicht aufgeht. Während
der Bilanzfehler der P-gesamt-Fracht im Frühjahr mit -13 % und im Herbst mit -15 % negativ
ist (Abbildung 19), ist der entsprechende Fehler für die Gesamtstickstofffracht mit +20 %
beziehungsweise mit +11 % positiv (Abbildung 21) und entspricht somit eher dem Fehler der
Durchflussmengenbilanz. Hinsichtlich der Knotenbilanzfehler der Sulfatfracht ergeben sich
Unterschiede von +19 % im Frühjahr und -21 % im Herbst. Die Ursache dieser
Unregelmäßigkeiten kann nicht klar benannt
werden.
Analysefehler
sind nicht
ausgeschlossen, aber unwahrscheinlich, da sich alle Wasserinhaltsstoffe stark in ihrem
S e i t e | 51
Bilanzfehler am Knotenpunkt unterscheiden. Schwierig nachzuvollziehen ist diese
Beobachtung auch, weil es sich um einen Knotenpunkt handelt, dessen Messpunkte nur
wenige Meter auseinander liegen, und sich die Konzentrationen also nicht auf Grund von
Einflüssen entlang einer Fließstrecke verändern. Es könnte sich um unbekannte Einleiter in
Form von Punktquellen oder Drainagen handeln. Trotzdem bleiben alle Wasserinhaltsstoffe
bis auf Sulfat (Güteklasse III) unter der durch die Wasserrahmenrichtlinie vorgegebenen SollKonzentration und somit im Bereich I bis II der LAWA-Gewässergüteklassifizierung. Der
nördlichste Knotenpunkt im Einzugsgebiet Buckau (Pegel Herrenmühle/Forellenhof) wird
durch die Bilanz MP 12 – MP 14 – MP 15 = MP 13 beschrieben. Dabei liegt Messpunkt 13 am
Hauptgebietsauslass in der
Nähe
eines
Landespegels, der
zum
Zeitpunkt der
Messkampagnen unbekannt war. Trotz der Inanspruchnahme eines vermeintlich
ortskundigen Mitarbeiters wurde diese Information nicht rechtzeitig bekannt. Immerhin
ließen sich die Durchflussmesswerte der Kampagnen mit Hilfe der nachgelieferten Daten des
Landesamtes kontrollieren bzw. korrigieren. Dabei ergab sich sowohl für das Frühjahr als
auch für den Herbst, dass die Abweichungen jeweils unter 10 % lagen, also innerhalb der
Grenzen der Messgenauigkeit lagen. Betrachtet man die Abweichungen der Differenz (MP 12
– MP 14 – MP 15) mit Messpunkt 13, so stellt man fest, dass die Wassermengenbilanz
negativ ausfällt. Dabei fehlen im Frühjahr 97 l/s, was rund -18 % entspricht und im Herbst
120 l/s entsprechend -21 % des Abflusses (Abbildung 19). Da sich die Ergebnisse von
Frühjahr und Herbst bezogen auf die Durchflussabnahmen sehr ähnlich sind, lässt sich
schlussfolgern, dass systematisch Wassermengen „verschwinden“. Die Ursache dafür ist eine
Forellenanlage, die zur Haltung ihrer Fische Wasser aus der Buckau verwendet und trotz
Rückleitung eine gewisse Wassermenge verbraucht wird. Die oben erwähnten Defizite
entsprechen dabei vermutlich der entnommenen Wassermenge, also im Frühjahr rund 97 l/s
und im Herbst 120 l/s (Abbildung 19). Eindeutig ist es aber nicht, denn in diesem Bereich des
Einzugsgebietes gibt es einige versickernde Bäche und es ist nicht klar, wohin diese
unterirdisch fließen. Es könnte also sein, dass deren Wasser in die Buckau gelangt, was
bedeuten würde, dass die Fischanstalt eben diese Wassermenge mehr entziehen könnte.
Insgesamt wird der Bilanzfehler durch die Entnahmen der Forellenanlage solide erklärt. Die
Bilanzfehler der Frachten der verschiedenen Wasserinhaltsstoffe entsprechen jedoch nicht
alle der Wassermengenbilanz. So beschreiben die prozentualen Anstiege des Bilanzfehlers
des Gesamtphosphates von +78 % (Frühjahr) und +25 % (Herbst) ein gegenteiliges Bild
S e i t e | 52
(Abbildung 19). Während alle anderen Bilanzfehler der Frachten der Wasserinhaltsstoffe sich
ähnlich dem Abfluss verhalten, zeigt der Bilanzfehler von Gesamtphosphor im Frühjahr und
im Herbst ein entgegengesetztes Verhalten.
Die Gewässergüte der Buckau ist nach den Anforderungen der Wasserrahmenrichtlinie für
alle Wasserinhaltsstoffe außer Sulfat (MP 1, 7 und 11 entsprechen der Zustandsstufe II-III) in
einem guten chemischen Zustand hinsichtlich der beiden Einzelmessungen. Eine
hinreichende Aussage zur Gewässergüte ist das noch nicht, aber eine erste
Näherungsaussage. Es sind also, nach den Laboranalysen zu urteilen, wenig Nährsalze im
Flusswasser gelöst. Diese Daten können durch die Leitfähigkeitsmessungen bestätigt
werden. In der Summe über alle Messpunkte und beide Kampagnen, ergibt sich ein
Mittelwert über die Leitfähigkeit von rund 385 µS/cm, der entsprechend der Erwartungen
niedrig ist (Tabelle 4). Möglicherweise gemachte Messfehler sind zudem nicht
ausschlaggebend, da die maximale Abweichung der Werte im Vergleich vom Frühjahr zum
Herbst nur 10 % beträgt. Der pH-Wert lag an allen Messpunkten im Frühjahr wie auch im
Herbst über 7,0 und unter 8,0 also im neutralen bis schwach basischen Bereich (Tabelle 4).
90 Prozent der Süßwasserfische bevorzugen einen Bereich zwischen pH 5,5 und 7,4, obwohl
die optimale Primärproduktion von Flüssen und Bächen bei pH-Werten zwischen 7 und 8
erreicht ist (Klee, 1998). Die Ergebnisse für die pH-Werte in der Buckau sind also positiv zu
bewerten, wenngleich diese nicht weiter ansteigen sollten, da sonst Gefahr durch die pHWert abhängige Reaktion von Ammonium zu Ammoniak herrschen könnte. Der
Sauerstoffgehalt nimmt auf der Fließstrecke von der Quelle bis zum Hauptgebietsauslass
(MP 13) zu. Im Frühjahr wurden an MP 1 8,6 mg/l und an MP 13 10,3 mg/l gemessen. Im
Herbst war die Sauerstoffkonzentration am ersten Messpunkt etwas geringer und lag bei
7,3 mg/l. Bis MP 5 wurde bereits eine um 1,7 mg/l höhere Sauerstoffkonzentration
aufgezeichnet, die nach einem leichten Abfall an MP 9 um 0,3 mg/l insgesamt auf 10,1 mg/l
am Hauptgebietsauslass kletterte (Tabelle 4). Trotz der Fischzuchtanstalten, durch die ein
deutlicher Abfall der Konzentration erwartet wurde, stieg diese im Frühjahr als auch im
Herbst auf (aus ökologischer Sicht) als positiv zu bezeichnende Werte an. Die
Wassertemperatur blieb im Frühjahr und im Herbst bis auf eine Ausnahme (MP 1 im
Frühjahr 17,4°C) zwischen 15 und 12°C (Tabelle 4). Dabei waren die Temperaturen im Herbst
um durchschnittlich -13 % niedriger als im Frühjahr. Das passt mit den erfassten
Stickstoffverbindungen zusammen, deren Konzentrationen im Herbst höher lagen als im
S e i t e | 53
Frühjahr. Der Grund dafür sind die temperaturabhängigen Abbauprozesse durch
Mikroorganismen, die im Frühjahr eine höhere Denitrifizierung leisten konnten, was die
Messwerte bestätigt.
Tabelle 4: Messergebnisse der physikalischen Größen an der Buckau vom Frühjahr und vom Herbst 2011.
Die Schwebstofffrachten der Buckau (Pegel Herrenmühle/Forellenhof), dargestellt in
Abbildung 22, nehmen über die gesamte Fließstrecke gesehen von Messpunkt 1 (0,009 g/s
im Frühjahr und 0,18 g/s im Herbst) zum Hauptgebietsoutput Messpunkt 13 (5,521 g/s im
Frühjahr und 7,512 g/s im Herbst) zu. Dabei treten allerdings einige Unregelmäßigkeiten auf,
das heißt, dass der Zuwachs nicht stetig, sondern sprunghaft ist und an manchen Stellen
stark zunimmt oder an anderen sogar negativ ist. Die Zunahmen im Längsschnitt von MP 2
nach MP 3 um +85 % im Frühjahr beziehungsweise +140 % im Herbst sind der langen
Fließstrecke geschuldet, auf der sich natürlicherweise Schwebstoffe aus der Vegetation, dem
größer werdenden Flussbett und der Zersetzung durch Destruenten anreichern. Dieser
erwartete Verlauf setzt sich bis zum Knotenpunkt MP 6 + MP 7 = MP 8 fort. An diesem Punkt
wurde für die Frühjahresmesswerte ein massiver Bilanzfehler von +479 % festgestellt. Da
dieser Wert so enorm groß ist und sich dieses Ereignis nicht durch die Ergebnisse der
S e i t e | 54
Herbstmessungen bestätigen lässt, muss von einem Fehler bei der Wasserentnahme
ausgegangen werden. Diese birgt, wie im Kapitel „Fehleranalyse“ beschrieben, die Gefahr
durch Sedimente vom Gewässergrund oder von Uferkanten verfälschte Proben zu
entnehmen. Von einem solchen Fehler (im Messpunkt 8) muss hier ausgegangen werden,
zumal die massive Schwebstofffracht im Längsschnitt der Messpunkte 8 und 9 wieder rapide
um -82 % abfällt. Die Ergebnisse für die folgenden Messpunkte sind von deren Bilanzen her
schlüssig, wenngleich sie wie bereits beschrieben schwanken. Die Schwankungen liegen im
Bereich zwischen maximal -22 % und +53 %, sind aber unter Berücksichtigung der Grenzen
der Messgenauigkeit vertretbar.
S e i t e | 55
Abbildung 22: Knoten- und Längsschnittbilanzen in der Buckau im Frühjahr (links) und im Herbst (rechts) 2011 – Schwebstoffe.
S e i t e | 56
5.2.3 Fläming – die Nuthe in Sachsen-Anhalt (Pegel Walternienburg)
Die Nuthe in Sachsen-Anhalt (Pegel Walternienburg) ist das größte der drei hier
betrachteten Einzugsgebiete. Der Fluss hat eine Fließstrecke von rund 49 Kilometern und
mündet in der Elbe. Die sogenannte vereinigte Nuthe setzt sich im Wesentlichen aus drei
Hauptnebenflüssen zusammen (Lindauer, Grimmer und Boner Nuthe). Die dominierende
Landnutzung besteht aus Acker- und Futterbau und ist besonders im Westen des
Einzugsgebietes dominierend. Im Bereich der Quellregion im Osten sind die Anteile von
Nadel-, Laub- und Mischwäldern größer als die der Landwirtschaft. Entlang der nördlich
gelegenen Nebenflüsse gibt es einige Siedlungen. Außerdem ist die Stadt Zerbst/Anhalt, die
Industriegebiete, eine Kläranlage und in östlicher Richtung einen kleinen Flughafen
beherbergt, mitten im Gebiet gelegen. Außerdem gibt es Wasserentnahmen im
Einzugsgebiet, die zur Trinkwasserversorgung der Stadt Magdeburg verwendet werden.
Dadurch ist der mittlere Abfluss seit den 1970er Jahren um rund 30 % zurückgegangen
(Messal, 2011). Es wurden insgesamt 35 Messpunkte (MP) festgelegt (siehe Abbildung 9),
wobei drei davon (MP 17b, MP 20 und MP 33) nur im Herbst gemessen worden sind. Zur
besseren Veranschaulichung wurde das Gebiet in die Bereiche Nordost und Südwest
aufgeteilt. Es wird diskutiert, ob der im Osten gelegene Teil der Boner Nuthe tatsächlich zur
vereinigten Nuthe gehört. Im brandenburgischen Gebiet, welches einen kleinen Teil des
Einzugsgebietes einnimmt, wird dieser Flussabschnitt „Seegraben“ genennt. Die Boner
Nuthe entspringt in einem hoch gelegenen Teil des Flämings in Brandenburg und wird dort
Seegraben genannt. Das Gebiet weist dort Grundwasserflurabstände bis zu 100 m auf.
Während sich die Wassermengen vom MP 1 nach MP 2 jeweils im Frühjahr und im Herbst
um etwa 50 % erhöhen (Abbildung 23), beginnt bereits zwischen MP 2 und MP 3 eine
systematische Versickerung, welche dazu führt, dass das Wasser kurz nach dem 3.
Abbildung 23: Längsschnittanalysen an der Nuthe (Nordost) - Abfluss.
S e i t e | 57
Messpunkt komplett aus der Oberflächenlandschaft verschwindet. In den Grafiken wird der
vermutete unterirdische Fließweg mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Nach
persönlichen Informationen (Messal, 2012) gab es mindestens seit den 1970er Jahren keine
durchgehende oberirdische Fließstrecke mehr, auch bei Hochwasser nicht. Ab Messpunkt 4,
der
sich
im
auslaufenden
Teil
des
südlichen
Flämings
im
Bereich
kleinerer
Grundwasserflurabstände befindet, ist wieder ein oberirdischer Fließweg der Boner Nuthe
anzutreffen, weshalb die Längsschnittbilanz von MP 3 nach MP 4 erstellt wurde. Dabei
wurde festgestellt, dass die Wassermenge im Frühjahr (-60 %) als auch im Herbst (-93 %)
sehr stark abnimmt (Abbildung 23). MP 4 kann praktisch wieder als neuer Quellfluss
angesehen werden. Im Rahmen des Toleranzbereiches für Messfehler entsprechen alle
ermittelten Stofffrachten diesem Trend und ergeben somit ein stimmiges Gesamtbild.
Offenbar kommt am 4. Messpunkt nicht dieselbe Wassermenge an, die am MP 3 versickert.
Das war zu erwarten, da die Fließrichtungen im Untergrund in aller Regel sehr diffus sind und
von Versickerung in tiefer gelegene Aquifere geprägt sein können. Ursprünglich war eine
weitere Längsschnittbilanz zwischen den Messpunkten 4 und 5 geplant. Diese erschien aber
nicht sinnvoll, da sich aufgrund der sehr langen Fließstrecke viele Einflüsse (kleine Gräben,
Drainagerohre usw.) summieren können. Es könnte nicht behauptet werden, dass allein das
fallende Gelände und der dadurch sinkende Grundwasserflurabstand die zu erwarteten
Wassermengenzunahmen bedingt. Die Unterschiede der Absolutwerte der Abflüsse und
Frachten sind zudem zu groß. So steigt der Durchfluss von 4,6 l/s am MP 4 auf 370,7 l/s am
MP 5 (siehe Abbildung 24). Erwartungsgemäß steigen auch sämtliche Stofffrachten. Von
Norden her fließen die Lindauer und die Grimmer Nuthe in Richtung vereinigte Nuthe. Sie
vereinigen sich aber noch vor der Stadt Zerbst. Es gab die Überlegung zwischen den
Messpunkten 14 und 15 (Lindauer Nuthe) einen Längsschnittanalyse durchzuführen, welche
aber verworfen wurde, weil MP 14 zum einen in einen kleinen See mündet, dessen Einflüsse
im zeitlichen Rahmen der Messkampagnen nicht hätten erfasst werden können, und zum
anderen, weil die Fließstrecke bis MP 15 sehr lang ist, auf der viele kleinere Gräben oder
Drainageeinleitungen liegen, die eine Analyse der natürlichen Wassereinzugs- und
Frachtmengen erschwert hätten. Die Lage des Landespegels „Deetz“ (Messpunkt 14b) war
zum Zeitpunkt der Messkampagnen nicht bekannt. Die nachfolgende Knotenpunktbilanz MP
15 + MP 16 = MP 17, der am Zusammenfluss der nördlichsten beiden Nebenflüsse liegt,
weist einige Probleme auf. Zum einen wurde im Herbst der Messpunkt 17b eingeführt, weil
S e i t e | 58
ein im Frühjahr nicht berücksichtigtes Abwasserpumpwerk an der Fließstrecke liegt.
Messpunkt 17b liegt einige Meter in Fließrichtung vor MP 17. Es ist bis heute ungeklärt, ob
und wo das Pumpwerk Wasser entnimmt oder einspeist. Die konsultierten örtlichen
Behörden konnten oder wollten diesbezüglich keine Informationen erteilen. Umso
interessanter ist eine Analyse der Wasserinhaltsstoffe, da diese Aufschluss über diese
Unklarheiten geben könnte. Die erste Intention nach dem Betrachten der Messergebnisse
war, dass das Pumpwerk Wassermengen entnimmt, da am Knotenpunkt MP 15 + MP 16 =
MP 17 im Frühjahr -22 % beziehungsweise im Herbst -19 % fehlen. Zudem fehlen im
Vergleich der Punkte 17b und 17 rund 30 l/s Durchfluss (Herbstmessungen) (Abbildung 24).
Wenn Wassermengen aus der Bilanz verschwinden, müssten auf einer so kurzen Fließstrecke
auch Frachten verschwinden. Gesamtstickstoff, Ammonium und Chlorid konnten die
Vermutung, dass sich der Durchfluss verringert stützen, da ihre Frachten ebenfalls
zurückgingen, wie Tabelle 5 zeigt. Aber die Ergebnisse der Sulfat- und der
Gesamtphosphormessungen widersprechen dem Trend teils erheblich.
Tabelle 5: Berechnete Frachten von Gesamtstickstoff, Ammonium und Chlorid für drei Messpunkte an der Nuthe im
Frühjahr und im Herbst 2011.
Grade die Sulfatwerte im Frühjahr, die einen Anstieg der Fracht um +93 % anzeigen, lassen
keine eindeutige Aussage über die Tätigkeiten des Pumpwerkes zu (Abbildung 24). Sie
werfen sogar die Frage auf, ob es die Nuthe verunreinigen könnte. Die Ergebnisse der
Analysen der Herbstmessungen von Gesamtphosphat, Nitrat und Sulfat hinsichtlich deren
Frachten ergaben ein Bild, das zu der zweiten Theorie passt, denn sie stiegen an, wenn auch
nur minimal. Wegen der zugrunde gelegten möglichen Messfehler kann man unterstellen,
dass die Frachten keiner Veränderung trotz Wassermengenreduzierung unterlagen. Da die
Fracht das Produkt aus Konzentration und Wassermenge ist, bedeutet das, dass die
Konzentration deutlich gestiegen sein muss. Letztlich kann der Sachverhalt hier nicht
ausreichend aufgeklärt werden, auch weil die Kooperation mit den örtlichen Behörden keine
schlüssigen Informationen erbracht hat. Die nächste Längsschnittbilanz wurde zwischen MP
17 und MP 18a ermittelt. Zwischen beiden Punkten liegt noch der Landespegel
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Abbildung 24: Knoten- und Längsschnittbilanzen in der Nuthe (nordöstlicher Teil) im Frühjahr (links) und im Herbst (rechts) 2011 - Sulfat.
S e i t e | 60
„Kuhberge“ (MP 18c), der zum Zeitpunkt der Messkampagne nicht bekannt war, aber im
Nachhinein zur Wassermengenbilanz hinzu gezogen werden kann. Vom Durchfluss her ist die
Bilanz für beide Messkampagnen verglichen mit den meisten anderen Bilanzierungen fast
ausgeglichen (-5 % Frühjahr/ +17 % Herbst, Abbildung 24). Bezüglich der Wasserinhaltsstoffe
gibt es jedoch sehr starke Unterschiede. Für die Fracht von Gesamtphosphor ergeben sich im
Frühjahr
trotz
fast
gleichbleibender
Wassermengen
-60 %
Verlust,
für
die
Orthophosphatfracht ergibt sich aber das Gegenteil, nämlich eine Frachterhöhung von
+89,7 %. Dies ist in Abbildung 25 dargestellt und soll ein Beispiel dafür sein, wie sehr sich die
Ergebnisse der verscheidenen Wasserinhaltsstoffe voneinander unterscheiden. Bei der
Suche nach Erklärungen erwies sich ein Aspekt als geeignet, den Sachverhalt hinreichend
Abbildung 25: Längsschnittbilanz von MP 17 nach MP 18a in der Lindauer Nuthe – Vergleich der Frachten von Gesamtphosphor und Orthophosphat.
zu erklären. Zwei Tage lagen die Messungen auseinander. Innerhalb dieser zwei Tage
könnten sich die Konzentrationen der Wasserinhaltsstoffe drastisch verändert haben. Es
kann so zum Beispiel passieren, dass Schockwellen bestimmter Stoffe nur in einer der
Messungen erfasst und somit schwierig zu handhaben zu belegen sind. Diese eklatante
Fehlerquelle der ungleichzeitigen Messungen wurde bereits im Kapitel 5.1 aufgegriffen und
diskutiert. Die letzten zwei Zuflüsse aus dem Nordosten des Einzugsgebietes fließen am
gedachten Knotenpunkt MP 19 + MP 21 = MP 22 zusammen. Es wurde hier keine Bilanz
aufgestellt, da es viele kleine Zuflüsse höherer Flussordnungen gibt, die nicht einzeln erfasst
werden konnten. Außerdem ist das Klärwerk bei MP 19 nicht mehr aktiv (Messal, 2011). Die
Längsschnittbilanz von MP 22 nach MP 23 wurde aber trotz einer längeren Fließstrecke
berechnet und ergab einen deutlichen Anstieg der Wassermenge mit einem Plus von +147 %
im Frühjahr und +153 % im Herbst (Abbildung 24). Man muss davon ausgehen, dass kein
S e i t e | 61
Messfehler vorliegt, weil sich die Messungen von Frühjahr und Herbst in ihrer Tendenz und
auch in ihrer Deutlichkeit entsprechen. Außerdem erklären sich die hohen Zunahmen aus
der Länge der Fließstrecke, denn dort kommt ganz einfach viel Wasser dazu. Dass sich die
Frachten und somit die Konzentrationen der Wasserinhaltsstoffe zwischen den zwei
Kampagnen
unterscheiden,
liegt
an
unterschiedlichen
Umweltverhältnissen,
wie
beispielsweise Jahreszeit, Wetter oder Aktivitäten der Landwirtschaft. Entscheidend ist
dabei, dass alle Frachten dem Trend der Wassermengenerhöhung folgen und sich lediglich in
Zusammensetzung und Stärke der Ausprägung unterscheiden. Die letzte Bilanz im
nordöstlichen Bereich des Einzugsgebietes der Nuthe in Sachsen-Anhalt liegt am
Zusammenfluss der Lindauer (MP 18a) und der Grimmer Nuthe (MP 23). Die 18b integriert
einen kleinen Graben, der ebenfalls in dieser Bilanz berücksichtigt wird. Die
Knotenpunktbilanz lautet daher MP 18a + MP 18b + MP 23 = MP 24. Hier laufen alle
Nebenarme der Nuthe aus dem nordöstlichen Bereich des Einzugsgebietes zusammen.
Ausgerechnet am letzten Messpunkt des nordöstlichen Abschnittes (MP 24) trat im Herbst
ein Problem auf. Während der Zeit der Messung (etwa 15 - 20 Minuten Dauer) schwankte
der Wasserspiegel um 5cm. Derartige Schwankungen können nur damit erklärt werden, dass
irgendwo Wassermengen entnommen oder eingeleitet werden. Beispielsweise wird der
Wasserspiegel im Deetzer Teich in der Lindauer Nuthe hin und wieder abgesenkt. Bei einer
durchschnittlichen Wassertiefe von 80 cm ergeben sich Schwankungen von etwa 16 %, was
darauf hindeutet, dass die Wassermengenänderungen während des Messzeitraumes relativ
groß sind. Bisher konnte nicht geklärt werden, wer der Verursacher ist, was für nachfolgende
detailliertere Analysen wichtig wäre. Es lassen sich für Messpunkt 24 also keine
verbindlichen Aussagen bezüglich Wassermengen und Stoffkonzentrationen treffen.
Allerdings konnten die Abflussmesswerte des Landespegels „Strinum“, der sich am
Messpunkt 23 befindet, in der Knotenbilanz berücksichtigt werden. Darüberhinaus streuen
die gemessenen Konzentrationen zwischen den verschiedenen Stoffen sowie zwischen
Frühjahr und Herbst in einem solchen Ausmaß, dass keinerlei sinnvolle Ergebnisse lieferbar
sind. Es könnten unglücklich zusammenfallende Messfehler und die Schwankungen des
Wasserspiegels an dieser Fehlbilanz schuld sein, was aber nichts an der Unbrauchbarkeit
dieser Daten ändert.
S e i t e | 62
Abschnitt Südwest:
Der südwestliche Teil des Einzugsgebietes der Nuthe enthält 19 der 35 ausgwählten
Messpunkte. Die Region ist geprägt von Landwirtschaft und urbanen Regionen, vor allem
vom Stadtgebiet Zerbst/Anhalt, welches daher einer eigenen Bilanzierung unterzogen
wurde. Es gibt insgesamt sechs wichtige Nebenarme, von denen vier im Süden des
Einzugsgebietes entspringen und zwei im Norden. Der östlichere Zufluss aus dem Norden
umfasst die oben diskutierten Zuflüsse und wird durch MP 24 zusammengefasst. Ebenfalls
angesprochen wurden die Messpunkte 1 bis 5, die an der Boner Nuthe gesetzt waren. Die
erste Bilanz im südwestlichen Teileinzugsgebiet baut auf diesen Informationen auf. Sie lautet
MP 5 + MP 7 = MP 11. Sie enthält die Wassermengen und -inhaltsstoffe dreier aus dem
Süden kommenden Zuflüsse (MP 7) und der Boner Nuthe (MP 5). Im Frühjahr als auch im
Herbst ergaben sich Bilanzverluste. So fehlten im Frühjahr -6 % und im Herbst -21 %
Wassermenge (Abbildung 28). Diese Unterschiede sind aber relativ gering und zeigen zudem
die gleiche Tendenz auf, weshalb davon ausgegangen werden kann, dass keine groben
Messfehler vorliegen. Die Fehler der Frachtbilanzierungen entsprechen den Veränderungen
des Durchflusses. Besonders deutlich zeigen das die Fehler der Nitratwerte, die im Frühjahr
um -6 % und im Herbst um -34 % fallen. Der einzige Wasserinhaltsstoff, der dem ansonsten
überall festgestellten Trend widerspricht, ist das Gesamtphosphpor. Sein Bilanzfehler
beträgt im Frühjahr +74 %, entspricht im Herbst aber mit -12 % in etwa der Größenordnung
der anderen Stoffe (siehe Abbildung 26). Da es sich nur um einen Wert handelt, der allen
anderen widerspricht, muss hier von einer fehlgeschlagenen Laboranalyse ausgegangen
Abbildung 26: Bilanzknoten in der Nuthe - Nitratfracht (links) und Gesamtphosphorfracht (rechts).
werden, durch die die Phosphatkonzentration im Frühjahr am Messpunkt 11 deutlich
überschätzt wurde, oder es liegen unbekannte Einleitungen in der Nähe des Knotenpunktes
S e i t e | 63
vor. Die Durchflussmengen aus der Boner Nuthe am MP 5 betragen etwa 371 l/s (Frühjahr)
beziehungsweise 316 l/s (Herbst). Aus den südlichen Nebenflüssen kommen die am MP 7
zusammengefassten Wassermengen von 188 l/s im Frühjahr und 141 l/s im Herbst
(Abbildung 28). Die Wassermengen am MP 11 sollten also der Summe dieser Werte
entsprechen, was sie, wie beschrieben, nicht ganz tun. Der Grund, warum Wasser
„verschwunden“ ist, könnte sein, dass Entnahmen in der Nähe des Bilanzknotens stattfinden
oder die Verdunstungsraten im vernässten Gebiet hoch sind. Am nächsten Knotenpunkt (MP
8 + MP 9 = MP 10) widersprechen sich die Ergebnisse für den gemessenen Durchfluss im
Frühjahr-Herbst-Vergleich der Abweichungen um rund 32 % Prozentpunkte. Während im
Frühjahr noch ein Bilanzfehler von -21 % verzeichnet wird, steigt der Fehler im Herbst um
+11 % (Abbildung 28). Nach dem Errechnen aller Frachten der Wasserinhaltsstoffe für
Frühjahr und Herbst zeigte sich, dass die Bilanzfehler von Gesamtstickstoff-, Ammoniumund der Sulfatfrachten sich ebenso verhalten. Diese drei Stoffe bestätigen also in gewisser
Weise, dass der festgestellte Bilanzfehler nicht unbedingt ein Messfehler sein muss. Der
Fehler innerhalb der Wassermengenbilanz MP 6 + MP 10 = MP 7 von +21 % im Frühjahr
entspricht dem Wert der Herbstmessung von +21 % (Abbildung 28 [rechts]). Zwar
unterscheiden sich die Bilanzfehler der Stofffrachten im Frühjahr und Herbst in ihrer
Ausprägung, nicht jedoch in ihrer Tendenz. Die Ausnahme ist das Sulfat, welches in der
Nuthe anscheinend eigenen Gesetzen folgt. Im Ansatz ist dies zwar, wie Abbildung 26 zeigt,
auch beim Gesamtphosphat zu beobachten, aber da sind es lediglich -16 %, die durchaus
noch im Bereich eines tolerierbaren Unterschiedes liegen. Die Extremwerte beim Sulfat sind
auch daher sonderbar, weil die Messpunkte recht eng beieinander liegen (weniger als 100
Meter). Die Vermutung, es könne sich um einen Messfehler handeln, bestätigt sich somit,
wenngleich weitere Untersuchungen sinnvoll wären. Drainagen oder Rohreinleitungen
können immer das Bild verfälschen. In dem ländlich geprägten Raum im Südwesten der Stadt
Zerbst, der die letzten drei beschriebenen Knotenpunkte umgibt, lassen sich keine
Lösungsansätze für die teilweise stark schwankenden Bilanzfehler vor allem für Sulfat, aber
auch für Gesamtphosphor und andere finden. Innerhalb der physikalischen Parameter gibt
es auch keine besonderen Differenzen zwischen diesem Raum und anderen des
Einzugsgebietes. Für den nächsten Knotenpunkt (MP 12 + MP 13 + MP 25 = MP 26) verlassen
wir den ländlichen Raum im Süden und landen im Stadtgebiet von Zerbst/Anhalt in der Mitte
des Einzugsgebietes. Es ist zu erwarten, dass die vielen möglichen urbanen Einflüsse sich auf
S e i t e | 64
die Messungen ausgewirkt haben. Umso erstaunlicher ist es, dass die Wassermengenbilanz
unter Berücksichtigung der Schwierigkeit der Messung in Stadtgebieten einigermaßen
aufgeht. Frühjahres- und Herbstergebnisse liegen mit +12 % und -1 % Bilanzfehler kaum
auseinander (Abbildung 28). Es erscheint trotzdem so, als habe man die Messpunkte optimal
gesetzt und daher kaum Fehler in der Bilanz. Die Abweichungen der Bilanzfehler liegen
hinsichtlich aller Frachten in einem akzeptablen Schwankungsbereich. Auffällig sind aber die
Ergebnisse des inerten Chlorids, denn es wurde erwartet, dass es sich im Stadtgebiet eher
anreichern als vermindern würde. Abbildung 28 zeigt einen Rückgang des Bilanzfehlers von 15 % im Frühjahr und -21% im Herbst. Innerhalb des Bilanzknotens, der hier eine gewisse
räumliche Ausdehnung hat, befindet sich ein Klärwerk, welches zu den aufgetretenen
Fehlbilanzen sicherlich beiträgt. Es wird interessant sein, die Gewässerqualität des gesamten
Abbildung 27: Bilanzknoten in der Nuthe - Chloridfracht.
Einzugsgebietes im Überglick zu betrachten (Kapitel 5.3). Die Bilanz MP 26 + MP 33 = MP 27
konnte nur für die Herbstmessung erfasst werden, da MP 33 im Frühjahr nicht gemessen
wurde. Betrachtet man im Frühjahr stattdessen einen gedachten Längsschnittvergleich der
Messpunkte 26 und 27, so fällt auf, dass diese sich nur um 40 l/s unterscheiden, was bei
1410 l/s beziehungsweise 1450 l/s verschwindend wenig ist. Die hinzukommenden 40 l/s
erklären sich durch den nicht gemessenen Zufluss am MP 33. Bei der Herbstmessung brachte
der Nebenfluss am Messpunkt 33 mit rund 230 l/s offenbar mehr Wasser als noch im
Frühjahr (geschätzt: 40 l/s). Insgesamt verzeichnet die Bilanz für den Herbst nur -5 % Fehler
für den Abfluss und kann daher als beinahe ausgewogen bezeichnet werden (Abbildung 28).
Alle betrachteten Frachten der Wasserinhaltsstoffe verhalten sich ähnlich wie Abflüsse in
diesem Bilanzknoten. Obwohl die Messwerte des Punktes 33 für das Frühjahr
S e i t e | 65
Abbildung 28: Knoten- und Längsschnittbilanzen in der Nuthe (südwestlicher Teil) im Frühjahr(links) und im Herbst(rechts) 2011 - Gesamtstickstoff.
S e i t e | 66
fehlen, lässt sich auf Grund der vorhandenen Daten sagen, dass der zweite Knotenpunkt im
Stadtgebiet von Zerbst/Anhalt der bisher schlüssigste aller Knotenpunkte im Einzugsgebiet
ist. Die nächste Bilanz MP 27 + MP 28 = MP 29 geht mit Abweichungen von deutlich unter
einem Prozent optimal auf. Es ist aber nicht klar, wo das Klärwerk zwischen den
Messpunkten entwässert, was zu Problemen bei der Erklärung der Sulfatfracht führt, die vor
allem im Frühjahr extrem steigt. Läge die Einleitung des Klärwerkes vor MP 29, so wäre
dieser Wert ein Zeichen für die Beeinflussung. Trotzdem bleibt die Frage unbeantwortet, da
dann auch die Frachten der Stickstoff und Phosphorverbindungen merklich ansteigen
müssten, was sie aber nicht tun. Gesamptphosphat und Chlorid weisen Bilanzfehler von 31 % beziehungsweise -17 % im Frühjahr und -9 % (P-gesamt) im Herbst auf (Abbildungen 26
[rechts] und 27). Es ist wohl möglich, dass Messfehler im Labor gemacht wurden, die der
ansonsten stimmigen Bilanz eine kleine Unsicherheit beifügen. Gab es im Süden des
Einzugsgebietes noch viele Unstimmigkeiten bezüglich der Bilanzfehler der Durchflüsse, so
fällt auf, dass sich dieser Umstand im weiteren Verlauf der Fließstrecke erheblich verbessert
hat. Auch Knotenpunkt MP 29 + MP 30 = MP 31 geht hinsichtlich der Durchflussbilanz
beinahe perfekt auf. Zwar gibt es im Frühjahr als auch im Herbst Bilanzfehler, aber da sich
diese in ihrem Verhalten entsprechen und ohnehin mit +6 % (Frühjahr und Herbst) klein sind,
fällt das nicht ins Gewicht (Abbildung 28). Auch für diesen Knotenpunkt lässt sich feststellen,
dass die ermittelten Bilanzfehler der Frachten der ausgewählten Wasserinhaltsstoffe
abgesehen vom Gesamtphosphor (im Frühjahr -34 %) den Bilanzfehlern der Abflüsse
entsprechen. Zwar sind vereinzelte Werte stark ausgeprägt, wie zum Beispiel der
Bilanzfehler von +34 % im Frühjahr beim Chlorid, aber dennoch ergibt die Summe aller
Ergebnisse ein stimmiges Bild des Bilanzknotens ab (siehe Abbildungen 26 [rechts] und 27).
Die einzige Längsschnittbilanz im Südwesten des Einzugsgebietes der Nuthe befindet sich
ganz im Westen und bilanziert die Messpunkte 31 und 32. Dass für diese Bilanz im Frühjahr
als auch im Herbst praktisch keine Änderungen im Längsschnitt entstehen, ist darauf
zurückzuführen, dass die Messdaten per Hand korrigiert worden sind (vergleiche Kapitel
5.1). Es handelt sich also nicht um die originalen Messwerte, da diese sehr stark
fehlerbehaftet durch ungenaue Messungen mit dem „Qliner“ waren (wie neuerliche
Messungen des zuständigen Landesamtes belegen) und ausgetauscht wurden. Die
Nachschätzungen wurden im Kontext des Einzugsgebietes und der erwarteten Durchflüsse
und der Messwerte des Landesamtes ermittelt. Die Frachten der Wasserinhaltsstoffe
S e i t e | 67
schwanken im Bereich von unter 10 % und sind daher keiner weiteren Kontrolle zu
unterziehen.
Zuletzt ein Blick auf die Wasserbilanz der Nuthe bezüglich der Stadt Zerbst/Anhalt. Diese
Bilanz ist im eigentlichen Sinne kein Knotenpunkt, weil die Messpunkte einige Kilometer
auseinander liegen. Sie gibt aber Aufschluss darüber, welche Mengen an Wasser und Stoffen
in die Stadt hinein fließen und wie sie sich im Verlauf dieses Fließweges verändern. Die
Einflussfaktoren, also mögliche In- und Outputs, sind vielseitig und größtenteils unbekannt.
Eine mögliche Punktquelle ist das Klärwerk in der Nähe von MP 13. Die Stadtbilanz vereint
sämtliche Nebenflüsse der Nuthe, die die Nuthe bis zum Stadtgebiet besitzt, also alle
Wassermengen aus Boner, Grimmer und Lindauer Nuthe sowie deren Nebenflüsse. Sie kann
also als Summe der Teilgebiete betrachtet werden und vergleicht diese mit dem
Stadtoutput: MP 11 + MP 24 = MP 27. Gemessen an der Vielzahl möglicher unbekannter
Einflüsse und daran, dass es an vielen Messpunkten unerwartet große Fehler gab, geht die
Bilanz relativ gut auf. Am MP 27 wurden im Frühjahr 1450 l/s und im Herbst 1142 l/s
gemessen, die zum Gesamttrend des Einzugsgebietes passen, das im Frühjahr mehr Wasser
führte (höhere Niederschlagsmengen). Prozentual gesehen lag die Differenz der Summe aus
MP 11 + MP 24 im Frühjahr bei +17 % und im Herbst bei +1 % (Abbildung 28). Der
Unterschied ist mit nur 16 Prozentpunkten deutlich geringer als erwartet. Die vielen
unbekannten Einflüsse scheinen sich im Jahresverlauf also nicht wesentlich zu verändern.
Die Stickstoffverbindungen, insbesondere Ammonium und Nitrat, weisen deutliche
Zunahmen innerhalb des „Knotenpunktes“ auf. Bei beiden Kampagnen (Frühjahr und Herbst)
stiegen die Frachten der Stickstoffverbindungen nicht nur wegen der im Frühjahr erhöhten
Wassermenge, sondern auch wegen erhöhter Konzentrationen an. Im Frühjahr lag
beispielsweise
die
Konzentration
von
Gesamtstickstoff
bei
0,63 mg/l
(MP
11)
beziehungsweise bei 0,69 mg/l (MP 24) und erhöhte sich auf 1,40 mg/l am Messpunkt 27
(Abbildung 28). Also führte nicht allein der Anstieg des Durchflusses, sondern auch ein
Anstieg der Konzentration zu den hohen Frachtmengen am Stadtoutput. Gleiches lässt sich
für Ammonium, Nitrat und Chlorid feststellen. Man erkennt an diesem Zusammenhang den
Einfluss des Klärwerkes auf die Gewässerqualität, wenngleich auch andere unbekannte
Quellen diesen Effekt verstärken könnten. Allein die Messwerte für Sulfat sind erneut
entgegen dem Trend aller anderen Stoffe, wie Tabelle 6 zeigt. Trotz Anstieg der
Wassermenge sinkt die Fracht aufgrund der deutlich geringeren Konzentration. Dieser
S e i t e | 68
Umstand lässt auf einen Messfehler bei der Sulfatkonzentration schließen, zumal die
Konzentrationen (und somit die Frachten) an den anderen Messpunkten im Stadtgebiet
größer sind. Die Tatsache, dass an zwei aufeinander folgenden Bilanzknoten die Fracht nicht
stimmt, unterstreicht die Vermutung zusätzlich. Indem man virtuell die Konzentration
verdoppelt, erhält man einen Wert, bei dem beide Bilanzen (Menge und Sulfatfracht)
aufgehen. Es muss aber bedacht werden, dass die Messpunkte im Bereich der Stadt
Zerbst/Anhalt an verschiedenen Tagen gemessen wurden, sodass keine eindeutige
Schlussfolgerung erfolgen kann. Leider wurde Punkt 33 im Frühjahr nicht gemessen, der
durch eine zusätzliche Bilanz zur Analyse der Sulfatfrachten hätte beitragen können. Im
Tabelle 6: Gegenüberstellung der Messergebnisse von Abfluss, Konzentration und Fracht von Sulfat an ausgewählten
Messpunkten der Nuthe 2011.
Herbst liegt der Bilanzfehler bei der Sulfatfracht bei +11 %, da die Konzentration höher ist.
Aufgrund der Tatsache, dass es an so vielen Messpunkten Probleme mit den Sulfatwerten
gibt, empfiehlt sich eine ausführliche Nachkontrolle und eine weitergehende Analyse
hinsichtlich des möglichen Ursprungs dieser hier unerklärlichen Ergebnisse. Allein das
Wissen über Klärwerke und Landnutzung reicht offenbar nicht aus, um das „Verhalten“ der
Sulfatwerte zu deuten. Auch die Daten der Gesamtphosphormessungen sind nicht immer im
Einklang mit den anderen Messwerten, der Landnutzung oder den Klärwerken zu bringen.
Die Stickstoffe und Chloride sind in den meisten Fällen hinsichtlich ihrer Konzentrationen
und Frachten gut erklärbar. Bei der Betrachtung der physikalischen Größen (Tabelle 7) fallen
besonders die Unterschiede zwischen den ersten vier Messpunkten auf. So liegen
beispielsweise die Werte der elektrischen Leitfähigkeit, die als Summenparameter der
gelösten Salze gilt, im Quellbereich in der Nähe eines Klärwerkes bei rund 724-783 µS/cm
und werden bis Messpunkt 3 durch Verdünnungseffekte auf 689 µS/cm reduziert. Die
folgende unterirdisch verlaufende Fließstrecke hat erheblichen Einfluss auf alle Parameter,
da die Bedingungen im Untergrund zunehmend anaerob sind und die Austauscherflächen
der Bodenpartikel eine höhere Wirkung entfalten. So geht die elektrische Leitfähigkeit von
689 µS/cm
auf
476 µS/cm
zurück.
Aber
auch
pH-Wert,
Sauerstoffgehalt
und
Wassertemperatur sinken erwartungsgemäß auf ein niedrigeres Niveau ab. Im restlichen
S e i t e | 69
Einzugsgebiet
gibt
es
keine
weiteren
besonders
heftigen
Änderungen.
Die
Durchschnittswerte der Leitfähigkeit und des pH-Wertes entsprechen sich im Frühjahr und
Herbst mit etwa 655 µS/cm und 7,5 und liegen somit in einem Bereich, der für Fließgewässer
normal ist. Wassertemperatur und Sauerstoff unterscheiden sich allerdings im Frühjahr und
im Herbst. Während die durchschnittliche Wassertemperatur im Frühjahr mit 13,8°C
geringer war als im Herbst (15,4°C), war die Sauerstoffkonzentration passender Weise
(„Henry‘sches Gesetz“; Kapitel 4.3.3.4) im Frühjahr mit 9,6mg/l höher als im Herbst
(7,7 mg/l). Die geringsten pH-Werte wurden im Frühjahr und im Herbst am Messpunkt 19
mit 6,8 und 6,7 verzeichnet. Damit liegen selbst die Extremwerte noch im neutralen Bereich
und stellen keine Gefahr dar. Ebenfalls am MP 19 fand man die geringsten Leitfähigkeiten für
Tabelle 7: Messergebnisse der physikalischen Größen an der Nuthe vom Frühjahr und vom Herbst 2011.
Frühjahr (464 µS/cm) und Herbst (240 µS/cm). Zwar sind diese Werte schon recht niedrig,
vor allem im Herbst, aber sie sind noch nicht als bedrohlich für die Umwelt zu werten, zumal
es Ausnahmen sind, vergleicht man sie mit dem Gesamtdurchschnitt. Kritisch wird es jedoch
S e i t e | 70
bei einigen Sauerstoffgehalten im Herbst. Vor allem Messpunkt 4, der kurz nach dem
Wiederaustritt der Nuthe aus dem „Erdreich“ liegt, wurde mit einer Sauerstoffkonzentration
von 3,5 mg/l ein für viele Wasserlebewesen bedrohlich niedriger Wert gemessen. Forellen
beispielsweise sterben bereits bei Sauerstoffkonzentrationen von unter 5 mg/l. Es zeigt sich
schon am Durchschnitt von 7,7 mg/l, dass es im Herbst Probleme bezüglich der
Sauerstoffkonzentration gegeben hat. Dies wird in der Bewertung des Gebietes anhand der
näherungsweisen LAWA-Gewässergüteklassifizierung noch genauer betrachtet werden. Zwar
steigt der Sauerstoffverbrauch von allen Wasserlebewesen bei steigender Temperatur
natürlicherweise („Q10-Effekt“; Kapitel 4.3.3.2), aber trotzdem könnten auch andere Gründe
für die geringen Sauerstoffkonzentrationen vorliegen. Die Herkunft des Wassers ist dabei
von entscheidender Bedeutung, wie man unschwer an Messpunkt 4 erkennt. Grundwasser
ist nämlich durch geringe Sauerstoffwerte und dafür hohe Kohlenstoffdioxidwerte
gekennzeichnet.
Die Nuthe ist hinsichtlich ihrer Schwebstofffrachten von den bereits beschriebenen
Gebietsspezifika beeinflusst. Natürlicherweise wächst mit dem Durchfluss und somit der
Größe des Stromes auch dessen Fracht an Schwebstoffen, vorausgesetzt, dass die
Fließgeschwindigkeit in etwa gleichbleibend ist, da es anderenfalls zur Sedimentation
kommen könnte. Insofern sind die Anstiege der Schwebstoffe über das gesamte Gebiet
hinreichend erklärt. Die Verluste zwischen Messpunkt 2 und 4 ergeben sich aus der bereits
mehrfach
erwähnten
Versickerung
der
Boner
Nuthe
im
Oberlauf.
Dort,
wo
Fließgeschwindigkeiten kleiner werden, kann es zu einer leichten Reduzierung der
Schwebstofffracht kommen; so etwa im Bereich der Messpunkte 6, 16 (Herbst), 18b, 19
(Frühjahr) und 18a, 18b, 19 und 20 (Herbst), wo die Fließgeschwindigkeit unter 0,1 m/s lag.
Ansonsten entsprechen sich die Daten des Abflusses und der Schwebstofffracht im Vergleich
der Werte zwischen Frühjahr und Herbst. Der höhere Abfluss im Frühjahr bringt gemäß den
Erwartungen eine höhere Schwebstofffracht in die Elbe.
S e i t e | 71
5.2.4 Oder-Spree Region – das Demnitzer Mühlenfließ (Pegel Berkenbrück-1)
Am Demnitzer Mühlenfließ (bis Pegel Berkenbrück-1) wurden insgesamt 17 Messpunkte
(MP) festgelegt. Diese sind über die gesamte Fließstrecke verteilt und ergeben so ein
homogenes Abbild der gebietsspezifischen Merkmale. Über das gesamte Einzugsgebiet
wurden Längs- und Knotenpunktbilanzen erstellt, mit deren Hilfe die Richtigkeit der
Messungen analysiert und soweit möglich durch Landnutzungskarten erklärt werden. Die
Abbildungen 29, 32 und 33 enthalten die Ergebnisse aller Bilanzierungen in Bezug auf den
Durchfluss der jeweiligen Messpunktgruppen. Die Quelle des Demnitzer Mühlenfließes liegt
im Norden des Einzugsgebietes und geht nach rund 3 Kilometern in die Messungen von
Punkt 1 ein. Der Abfluss betrug dort im Frühjahr und im Herbst rund 32 l/s. Die Ergebnisse
am Messpunkt 2, der etwa 2 Kilometer stromabwärts liegt, unterscheiden sich davon um ca.
+60 % (51 l/s) im Frühjahr beziehungsweise ca. +115 % (68 l/s) im Herbst (siehe Abbildung
29). Auch wenn die Zunahme im Frühjahr deutlich geringer ist, als die im Herbst, kann
angenommen werden, dass kein entscheidender Messfehler vorliegt, da sich die Tendenzen
entsprechen. Die Wassermengen sind natürlichen Ursprungs (es gibt im Gebiet kein Klärwerk
mehr) und ergeben sich aus den hydrologischen Eigenschaften des Einzugsgebietes. Auf
Grund der zunehmenden Sauerstoffkonzentration von 0,04 auf 0,12 mg/l (Tabelle 8) ist
anzunehmen, dass die zuströmenden Wassermengen nicht grundwasserbürtig sind.
Sämtliche Stofffrachten steigen im Längsschnittvergleich von MP 1 nach MP 2 rapide an. Der
Fluss fließt hier direkt durch ein Dorf. Am extremsten ist dies beim Orthophosphat zu
erkennen, wobei der extreme Anstieg im Frühjahr als Ausreißer zu bewerten ist, der
eventuell durch Abwässer aus Haushalten erklärt werden kann. Beim Gesamtphosphat,
dargestellt in Abbildung 29, hingegen, welches um +412 % im Frühjahr und um +466 % im
Herbst auf 0,007 beziehungsweise 0,012 g/s ansteigt, dürfte eine Ungenauigkeit beim
Messen nicht ausschlaggebend für die hohen Werte sein. Es liegt nahe, dass die
kommunalen sowie landwirtschaftlichen Einflüsse maßgeblich daran beteiligt sind, da diese
den Fließweg von MP 1 nach MP 2 säumen. An der Zunahme der Nähestoffe (ein „Schock“
liegt hier nicht vor, weil die Absolutwerte sehr klein und die LAWA-Klasse niedrig ist) sind
dabei besonders organische und mineralische Dünger aus der Landwirtschaft, die durch
Erosion und Oberflächenabfluss in die Flusssysteme getragen werden, verantwortlich. Der
nachfolgende Knotenpunkt weist hinsichtlich der Stofffrachten von P-gesamt und N-gesamt
negative Bilanzfehler auf. Zwischen dem Zusammenfluss der Punkte MP 2 und MP 3
S e i t e | 72
Abbildung 29: Knoten- und Längsschnittbilanzen im Demnitzer Mühlenfließ im Frühjahr (links) und im Herbst (rechts) 2011 - Gesamtphosphor.
S e i t e | 73
zu MP 4 befindet sich offenbar eine kleine Nährstoffsenke, welche für diesen Frachtverlust
verantwortlich
ist.
Dagegen
sprechen
allerdings
die
positiven
Bilanzfehler
(Knotenpunktdifferenzen) der Chlorid- und Sulfatfracht (um +10 bzw. +39 %, Abbildung 30)
sowie das „Verschwinden“ von ca. 6,5 % des Wassers. Da die Bilanzierung der Wassermenge
auch im Vergleich zwischen Frühjahr und Herbst stimmig ist, könnte angenommen werden,
Abbildung 30: Bilanzknoten am Demnitzer Mühlenfließ - Chloridfracht (links) und Sulfatfracht (rechts).
dass ein Fehler bei der Wasserinhaltsstoffanalyse im Labor vorliegt oder im Frühjahr größere
Mengen Sulfat auf dem kurzen Fließweg innerhalb des Bilanzknotens dazu kommen.
Nachdem das Demnitzer Mühlenfließ die urbane und die Ackerregion verlassen hat, nimmt
die Vernässung der Landschaft zu. Dies könnte zu den Unstimmigkeiten der Messwerte im
Längsschnitt von MP 4 nach MP 5 geführt haben. Während bei der Frühjahreskampagne eine
Zunahme des Durchflusses um rund +72 %, nämlich von ca. 70 auf 120 l/s gemessen wurde,
ergaben dieselben Messungen im Herbst eine Reduzierung um -28 %, nämlich von 72 auf
52 l/s (Abbildung 29). Im Längsschnitt kann das Verhalten im Frühjahr und Herbst
entgegengesetzt sein, weshalb es sich nicht um einen Fehler handeln muss. Die starke
Vernässung hat zur Bildung von Sümpfen bzw. Niedermooren (im Demnitzer Mühlenfließ
sogar bis 4 m Mächtigkeit) geführt, die zur Bildung organischer Sedimente im Fluss führten.
Sümpfe sind definitionsgemäß frei von Torf, haben aber eine sogenannte „Sumpfhumus“Schicht, die dem Torf in ihrer floristischen und pedogenen Beschaffenheit ähnlich ist (Pott,
1998). Die Mächtigkeit dieser Sedimente betrug bis zu rund 60 cm im Flussbett (MP 5) und
erschwerte die Durchflussmessungen mit dem „FlowSens“-Gerät, da dieses eine fixe
Messtiefe pro Lamelle voraussetzt und nicht im Schlamm versinken darf. Diese erschwerten
Bedingungen wirken sich auch auf die Messungen am nächsten Knotenpunkt aus. Zwischen
der Summe der Messpunkte MP 5 und MP 6 und MP 7 liegt eine Durchflussdifferenz von ca.
+35 % vor (Abbildung 29). Es ist unklar, ob alle Wassermengen von MP 5 und MP 6 richtig
S e i t e | 74
erfasst wurden, weil es bei den Frachten von Chlorid, Sulfat, Gesamtstickstoff und
Gesamtphosphor kaum Unstimmigkeiten gibt (alle Bilanzfehler sind positiv). Daraus folgt,
dass die summierten Messpunkte MP 5 und MP 6 zu wenig oder MP 7 zu viel Abfluss
aufweisen könnten. Das Wasser fließt innerhalb des Bilanzknotens in Richtung MP 7
allerdings durch eine sumpfige Wiese, die für die festgestellten Differenzen verantwortlich
sein könnte. Andererseits korrelieren die Bilanzfehler von Abfluss und Stofffrachten im
Herbst miteinander, weshalb es naheliegend ist, dass es sich hier um Gebietseinflüsse
innerhalb des Bilanzknotens handelt. Das Demnitzer Mühlenfließ verlässt bei MP 7 die
vernässten Wiesen und Weiden und fließt durch einen Nadelforst. Dies lässt vermuten, dass
nur geringfügige prozentuale Fehler bei möglichen Abweichungen der Wassermengen im
Längsschnittvergleich zwischen MP 7 und MP 8 vorliegen. Während die Wassermenge im
Frühjahr fast konstant bleibt und sich nur um -0,5 % verringert, steigt die gemessene
Konzentration von Gesamtphosphat um 100 % auf 0,1 mg/l an (Abbildung 29). Für diesen, im
ersten Moment als Phosphatschock erscheinenden prozentualen Anstieg, gilt, dass die
absoluten Zahlenwerte gegen einen solchen sprechen, weil die Werte der LAWA-Klasse Stufe
II und besser betragen. Es gibt derzeit keine sinnvolle Erklärung, die auf der Landnutzung als
Nadelforst beruhen könnte. Andererseits wurde im Herbst für dieselbe Fließstrecke beim
Gesamtstickstoff beobachtet, dass dieser in Konzentration und Fracht prozentual stärker
sinkt als der Durchfluss. Diese widersprüchlichen Messungen könnten als Messfehler
interpretiert werden. Der nachfolgende Bilanzknoten MP 8 + MP 9 = MP 10 ist im Falle der
Herbstmessungen durch mögliche fehlerhaften Messungen, die der Längsschnittvergleich
von MP 7 nach MP 8 aufgezeigt hat, beeinflusst. Wenn MP 7, wie oben diskutiert, zu viel
Abfluss anzeigt, gibt es auch einen Verlust an Wassermenge am 8. Messpunkt und somit
wäre die negative Wassermengenbilanz erklärbar. Im Bilanzknoten (MP 8 + MP 9 = MP 10)
setzt sich der Trend, dass Wassermengen im Herbst „verschwinden“, fort. Die Summe der
Durchflüsse von MP 8 und MP 9 ergibt rund 160 l/s, während am MP 10 nur noch 113 l/s
gemessen wurden. Das entspricht einer Differenz von -24 %. Weil die Frühjahresbilanz mit
-1,5 % Unterschied jedoch aufgeht, könnte es sich hier um einen kleineren Messfehler
handeln (Abbildung 29). Andererseits spricht die Tatsache dagegen, dass beide
Veränderungen negativ sind und sich somit tendenziell entsprechen. Dazu gab es zwischen
dem Zusammenfluss der Messpunkte MP 8 und MP 9 sowie MP 10 kleinere Gräben höherer
Gewässernetzordnungen, die im Herbst für die negative Bilanz hätten sorgen können, aber
S e i t e | 75
nicht gemessen worden sind. Ein Knoten ist eben mehr als ein bloßer Punkt. Die negativen
Bilanzfehler
(Knotendifferenzen)
der
Frachten
der
meisten
Wasserinhaltsstoffe
(Stickstoffverbindungen, Chlorid und Sulfat) entsprechen dem gemessenen scheinbaren
Durchflussverlust. Die Ergebnisse der Orthophosphat- und Gesamtphosphoranalyse der
Herbstmessungen widersprechen durch die Größe ihrer positiven Bilanzfehler der Tendenz
aller anderen Messwerte. Entweder ist daran ein bemerkenswerter Phosphoreintrag
innerhalb
des
Bilanzknotens
Schuld
(auch
hier
wurde
allerdings
die
LAWA
Gewässergüteklasse II nicht überschritten) oder es gab Fehler bei der Laboranalyse. Gleiches
gilt für die Nitratfracht deren Bilanzfehler rund +100 % beträgt (Abbildung 32). Zieht man die
Landnutzungskarte aus einem GIS zu Rate, stellt man fest, dass der Raum auf der
Fließstrecke zwischen dem Zusammenfluss und MP 10 ländlich geprägt ist. Möglicherweise
fanden im Zeitraum vor den Messungen Düngungen statt, die sich derartig auswirkten. Diese
Theorie ist jedoch nicht makellos, da die Werte der Stickstoffverbindungen (abgesehen vom
Nitrat) dann ebenfalls einen größeren Bilanzfehler aufweisen müssten. Die folgende
Längsschnittbilanz von MP 10 nach MP 11 ergibt eine Erhöhung des Abflusses um +31 % im
Frühjahr und um +39 % im Herbst (Abbildung 32). Gleichzeitig steigen die Stofffrachten wie
Abbildung 31 am Beispiel von Gesamtstickstoff anzeigt, welcher im Frühjahr um +22 % und
im Herbst um +51 % angestiegen ist. Dieser Zusammenhang entspricht der erwarteten
hydrologischen Spende des Einzugsgebietes, da zwischen MP 10 und MP 11 rund 3 Kilometer
Abbildung 31: Bilanzknoten (links) und Längsschnittanalysen (rechts) am Demnitzer Mühlenfließ - Gesamtstickstoff.
Fließstrecke liegen. Eine am Fließweg gelegene Ortschaft scheint ohne nennenswerten
Einfluss zu bleiben. Den umgekehrten Sachverhalt findet man bei der Betrachtung des
nachfolgenden Längsschnittvergleiches zwischen MP 11 und MP 12. Hier verringern sich die
Durchflüsse im Frühjahr um -11 % und im Herbst um -60 %. Gleiches gilt für sämtliche
Wasserinhaltsstoffe und deren Frachten. Exemplarisch verringert sich die Nitratfracht im
S e i t e | 76
Frühjahr um -25 % und im Herbst um -79 % (siehe Abbildung 32). Dass der Verlust von
Wassermengen mit Messfehlern zu erklären ist, erscheint folglich eher unwahrscheinlich.
Vielmehr könnte das Teilgebiet eine Wassersenke sein, auch wenn keine typischen
natürlichen Senken, wie zum Beispiel Moore, in der Landnutzungskarte verzeichnet sind,
obwohl das Fließ hier durch ein Waldgebiet fließt. Letzteres ist allerdings vernässt und
sumpfig. Dies könnte auch auf anthropogene Einflüsse hindeuten. Möglicherweise wird
Wasser zur Bewirtschaftung der angrenzenden Ackerflächen entnommen und ist somit
durch Verdunstungsverluste und der Festlegung in der Biomasse am Zurückströmen zum
Demnitzer Mühlenfließ gehindert. Andererseits ist es denkbar, dass Flusswasser in den
Grundwasserleiter
versickert
und
auf
diese
Weise
aus
der
Längsschnittbilanz
„verschwindet“. Während dieser Längsschnittvergleich für Diskussionsstoff sorgen könnte,
ist die Sachlage für den nächsten Knotenunkt eindeutig. Die Messpunkte MP 13, MP 14 und
MP 15 liegen im südöstlichem Teil des Einzugsgebietes des Demnitzer Mühlenfließes. In der
Landnutzungskarte ist zwischen MP 14 und MP 15 ein Moorgebiet verzeichnet. Sümpfe und
Moore sind natürliche Wassermengen- und Nährstoffsenken. Sie regulieren also den
Wasserhaushalt und sind ein wichtiger Puffer der Landschaft. Es war also zu erwarten, dass
es zu Wassermengen- und Frachtverlusten innerhalb des Knotenpunktes (MP 13 + MP 14 =
MP 15) kommt. Der Bilanzknoten hat außerdem hier eine große räumliche Ausdehnung, da
der Punkt des Zusammenflusses von MP 13 und MP 14 nicht befahrbar war. Alle aus den
gesammelten Daten erstellten Diagramme zeigen den gleichen Trend sowohl im Frühjahr als
auch im Herbst. Es „verschwinden“ systematisch Wasser- und Frachtmengen. So weist die
Bilanz im Frühjahr einen Verlust von -84 % und im Herbst von -97 % auf (Abbildung 32). Das
bedeutet, dass beinahe die Hälfte des Wassers im Moorgebiet verbleibt und von dort aus
verdunstet oder versickert. Die Verdunstungsverluste im Moor sind um ein vielfaches höher
als im Bach, denn zum einen ist die Fließgeschwindigkeit reduziert und zum anderen ist die
Oberfläche pro Quadratmeter deutlich höher. Das Ausmaß der Versickerung ist von den
vorliegenden Bodeneigenschaften abhängig. Sandige Substrate weisen dabei entschieden
höhere Versickerungsraten auf als tonige. Es wäre zur weiteren Untersuchung
empfehlenswert, Bodenkarten in die Analysen einfließen zu lassen. Nach mündlichen
Informationen ist das Gebiet durch einen porösen Untergrund charakterisiert, was die
S e i t e | 77
Abbildung 32: Knoten- und Längsschnittbilanzen im Demnitzer Mühlenfließes im Frühjahr (links) und im Herbst (rechts) 2011 - Nitrat.
S e i t e | 78
Bilanzunterschiede erklärt (Messal, 2012). Die Verluste von Nährstofffrachten sind durch die
assimilierende Pflanzenbestände im Moor zu erklären. Moore sind im Vergleich zu anderen
terrestrischen Böden eher nährstoffarm und die dort angesiedelten Pflanzenarten sind daran
adaptiert. Sie säuern das Phasensystem des Bodens an und erschließen auf diese Weise
Nährstoffe. Man erkennt das an der Veränderung des gemessenen pH-Wertes, der im
Frühjahr von 8,1 (MP 13) auf 7,6 (MP 15) und im Herbst von 7,7 (MP 13) auf 6,9 (MP 15)
sinkt (Tabelle 8). Werden Nährstoffe allerdings von durchströmenden Fließgewässern
angeliefert, so ist es für die Pflanzen energetisch günstiger sich derer zuerst zu bedienen. Die
Frachtverluste von beispielsweise Nitrat von 0,184 auf 0,012 g/s, also um -93 % im Frühjahr
(Abbildung 32) oder von Phosphaten um -94 % im Frühjahr (Abbildung 29) (ähnlich für alle
Pflanzennährstoffe auch im Herbst), sind durch Assimilationsprozesse und damit dem
Aufbau von pflanzlicher Biomasse zu erklären. Messfehler können nahezu ausgeschlossen
werden, da alle Daten homogen den gleichen Trend aufweisen. Sümpfe und Moore sind
sensible Ökosysteme und können bei Überversorgung und einer damit verbundenen
Eutrophierung
innerhalb
weniger
Jahre
je
nach
Mächtigkeit
des
Torf-
oder
Sumpfhumuskörpers mineralisieren, sofern sie hinsichtlich des Wasserstandes nicht trocken
fallen. Aufgrund ihrer ökosystemaren Bedeutung als Klima-, Wasser- und Nährstoffregulator
der Landschaft sollten keine Wasserentnahmen in dieser Region stattfinden.
Die südlichste Knotenpunktbilanz mit dem Systemoutput am Punkt 17 weist kaum
Bilanzfehler hinsichtlich des Abflusses auf. Der Frühjahrswert von +17 % im Herbst und +1 %
im Frühjahr sind eher unbedeutend (Abbildung 32). Die Bilanzfehler der meisten
Stofffrachten entsprechen in etwa dem Verhalten des Abflusses. Der Bilanzfehler beim
Gesamtstickstoff im Herbst mit -31 % ist jedoch sehr hoch (Abbildung 31). Hier könnten
innerhalb des relativ großen Bilanzknotens Denitrifikationsprozesse stattgefunden haben,
die sich durch höhere Wassertemperaturen im Vergleich zum Frühjahr auf Grund des Q10Effektes
intensiviert
haben
(vergleiche
3.2.4.2).
Die
Bilanzfehler
der
anderen
Wasserinhaltsstoffe schwanken zwar auch um bis zu 20 Prozentpunkte, könnten aber auch
mit kleinen Messungenauigkeiten erklärt werden.
Weitere Ursachen für Bilanzdifferenzen am Demnitzer Mühlenfließ:
Im Verlauf der Herbstkampage am Demnitzer Mühlenfließ wurden starke Regenfälle
registriert. Wie in Kapitel 4.1.5 beschrieben, haben Niederschläge während einer
S e i t e | 79
Messkampagne
einen
signifikanten
Einfluss
auf
die
Messergebnisse.
Das
Niederschlagsereignis fand am 11.10.2011 statt, also am ersten Tag der Messkampagne.
Weil aber bereits am ersten Tag der Gebietsauslass gemessen wurde, ergaben sich höhere
Durchflusswerte im mittleren Flussabschnitt als im unteren, da die Niederschlagsmenge
wegen der Konzentrationszeit des Einzugsgebietes die unteren Messpunkte erst am Tage
nach der Messung erreichte. In Zahlen ausgedrückt bedeutet dies für den am 11.10.2011
gemessenen Durchfluss im Gebietsauslass (Messpunkt 17) 86,4 l/s, während beispielsweise
für Messpunkt 10, der am 12.10.2011 aufgenommen wurde, 113,1 l/s Abfluss gemessen
wurden (Abbildung 32). Hier liegen also keine Messfehler vor, sondern die Gebietsbilanz ist
durch das Niederschlagsereignis verfälscht. Generell waren die Durchflussmengen und auch
die Frachten der untersuchten Wasserinhaltsstoffe im Frühjahr deutlich höher. Besonders
die Daten der Chloridmessungen unterstützen diese Aussage. Ausgenommen davon bleiben
aber die Ergebnisse der Phosphatmessungen, die auch im Herbst denen im Frühjahr
gleichen. Das zeigen auch die ermittelten LAWA-Klassen. Es muss sich dabei um Einträge
handeln, denn Messfehler sind an dieser Stelle unwahrscheinlich, weil sich die hohen Werte
durch das gesamte Netz der Probenpunkte ziehen. Im Gebietsauslass wurden im Frühjahr
287 l/s gemessen, während im Herbst nur die bereits erwähnten 86,4 l/s erfasst wurden
(Abbildung 32). Messwerte des offiziellen Landespegels bestätigen die eigenen
Abflussmessungen. Die Stoffkonzentrationen waren dabei im Herbst höher, was durch die
Ergebnisse der Leitfähigkeitsmessungen bestätigt werden kann. Diese waren nämlich im
Herbst (793 µS/cm) um durchschnittlich 7 % höher als im Frühjahr (739 µS/cm). Das lässt
eine höhere Niederschlagstätigkeit bzw. Schneeschmelze im Frühjahr vermuten. Am
Messpunkt 15 wurde allerdings -30 % Unterschied errechnet, welcher nicht alleine durch
den Mooreinfluss zu erklären ist, zumal die Zuflüsse der Messpunkte MP 13 und MP 14
beide positive Unterschiede zwischen Frühjahr und Herbst aufweisen (Tabelle 8). Die
anderen physikalischen Parameter (Tabelle 8) unterstützen die aufgestellten Vermutungen.
So ist der Sauerstoffgehalt im Frühjahr im Schnitt rund 40 % höher als im Herbst. Das deutet
darauf hin, dass die Wassermengen im Frühjahr mehr Kontaktoberfläche zur Luft hatten als
im Herbst. Dies könnte in folgenden Arbeiten mit Klimadaten (Wind/Niederschläge) belegt
werden. Die Auswirkungen der geringeren Sauerstoffkonzentrationen im Herbst werden im
Kapitel 5.3 anhand der Gewässergüteklassifizierung nach LAWA bewertet. Auch Auf Grund
der Wassertemperaturen im Herbst (ø 12°C), die im Mittel um 4,5°C höher waren als im
S e i t e | 80
Frühjahr (ø 7,5°C), lassen sich die geringeren Sauerstoffkonzentrationen erklären (Vergleiche
Kapitel 3.2.4.4). Die gemessenen pH-Werte waren im Herbst durchschnittlich um 2-3 %
kleiner. Zum Vergleich der Messwerte aus dem Frühjahr und aus dem Herbst, wurden
spezielle Grafiken entworfen, von denen Abbildung 33 (Vergleich der pH-Werte) hier
beispielhaft dargestellt ist. Von der Quellregion bis zum Gebietsauslass des Demnitzer
Mühlenfließes, dem Pegel Berkenbrück-1, nehmen die Schwebstofffrachten (Abbildung 34)
Tabelle 8: Messergebnisse der physikalischen Größen am Demnitzer Mühlenfließ vom Frühjahr und vom Herbst 2011.
stetig zu. Im Frühjahr wurden am Messpunkt 1 nur 0,013 g/s gemessen und am
Systemoutput (MP 17) 3,415 g/s (gleiche Tendenz im Herbst). Die stetige Zunahme der
Schwebstoffe lässt sich gut anhand der Längsschnittanalysen verfolgen. Dabei fällt
besonders der Vergleich von MP 1 nach MP 2 auf, der im Frühjahr wie auch im Herbst
Zunahmen von über 1500 % aufweist. Auch die Längsschnittvergleiche von MP 7 nach MP 8
und von MP 10 nach MP 11 fallen durch deutliche Frachtzunahmen auf (Diagramm
„Längsschnitt Schwebstofffrachten“). Wie oben beschrieben liegt im Bereich des Knotens
(MP 13, MP 14, MP 15) eine Moorfläche. Durch die Verringerung der Fließgeschwindigkeit
im Moor sedimentiert ein Großteil der Schwebstoffe und ist somit nicht mehr im Flusswasser
am 15. Messpunkt, der sehr weit entfernt von den Zuflüssen MP 13 und MP 14 liegt, zu
S e i t e | 81
finden. Im Herbst tragen vor allem die Nebenflüsse viele Schwebstoffe in den
Abbildung 33: Vergleich der Messungen vom Frühjahr und vom Herbst 2011 im Demnitzer Mühlenfließ – pH-Wert.
S e i t e | 82
Hauptstrom des Demnitzer Mühlenfließes. Messpunkt 16 zum Beispiel liegt im Süden des
Einzugsgebietes und weist im Herbst Zunahmen der Sedimentfracht von rund +2600 %
gegenüber der im Frühjahr gemessenen Fracht auf. Diese extrem hohen Zunahmen können
durch die Abbauprozesse der Vegetation im Herbst erklärt werden.
Die vielleicht wichtigste Ursache für die negativen Bilanzfehler im Punkt MP 15 stellen aber
wohl hydrogeologische Gegebenheiten dar. Im Untergrund endet kurz vor MP 15 eine
eiszeitlich geprägte unterirdische Wanne den Zustrom. Der Rand dieser Wanne und die
Tatsache,
dass
südlich
vom
Mühlenfließ
die
Grundwasserstände
durch
Bewirtschaftungsmaßnahmen gefallen sind und ein südöstlich gelegenes Wasserwerk zu
ähnlichen Reaktionen führt, bewirkt den starken Verlust an Abfluss und Stofffracht auf dem
Weg zum MP 15.
S e i t e | 83
Abbildung 34: Knoten- und Längsschnittbilanzen im Demnitzer Mühlenfließes im Frühjahr (links) und im Herbst (rechts) 2011 - Schwebstoffe.
S e i t e | 84
5.3 Bestimmung der Gewässergüte in Anlehnung an die LAWA-Gewässergüteklassifizierung zur Interpretation und Einordnung der Ergebnisse
5.3.1 Hintergrund des Bewertungsmaßstabes
Seit ihrer Gründung 1956 beschäftigt sich die „Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser“
(LAWA) mit wasserwirtschaftlichen Fragestellungen. Dabei stehen bio-ökologische und
chemisch-physikalische
Faktoren
im
Mittelpunkt.
Die
LAWA
hat
ein
7-stufiges
Klassifikationssystem zur Gewässergüte entwickelt, welches in Tabelle 9 dargestellt ist.
Tabelle 9: Chemische Gewässergüteklassifikation nach LAWA (1998): Beschreibung der Güteklassen.
Die Spannweite reicht vom Zustand ohne anthropogenen Einfluss, also dem geogenen
Hintergrundwert, bis hin zum achtfachen des Zielwertes. Der Zielwert resultiert dabei aus
vorherigen Bewertungsansätzen der Bundesländer (LAWA, 1998). Im Mittelpunkt dieser
Arbeit stehen Wasserinhaltsstoffe der Gruppe „Nährstoffe, Salze und Summenkenngrößen“,
für
die
die
LAWA
eine
Übersicht
der
Grenzwerte
entsprechend
der
Gewässergüteklassifizierung ausgegeben hat (Tabelle 10). Der Tabelle kann entnommen
werden, welche Wasserinhaltsstoffe aus dem Bereich der „Nährstoffe, Salze und
Summenkenngrößen“ von besonderer Bedeutung für die Gewässerqualität sind. Diese
wurden für die Wasseruntersuchungen des NaLaManT-Projektes ausgewählt.
Tabelle 10: Güteklassifizierung der Nährstoffe, Salze und Summenkenngrößen nach LAWA (1998).
S e i t e | 85
Es muss an dieser Stelle betont werden, dass alle hier abgeleiteten Güteklassen auf
einmaligen Messungen beruhen. Die Bestimmung einer Güteklasse nach LAWA erfordert in
der Regel mindestesten zwölf Messungen oder mehr pro Jahr und erfordert die Berechnung
des jeweiligen 90-Perzentils oder bei weniger als elf Messungen des Mittelwertes. Das ist
hier nicht der Fall. Dennoch stellen die hier abgeleiteten Güteklassen in Anlehnung an die
LAWA-Tabelle ein brauchbares Hilfsmittel zur näherungsweisen Einschätzung des Zustandes
der Gewässergüte dar.
5.3.2 Gewässergüte der Buckau
Die Gewässergüte der Buckau ist ganzheitlich als positives Beispiel zu bezeichnen. Die Ziele
der Wasserrahmenrichtlinie, bis 2015 alle Gewässer in einen guten (ökologischen und)
chemischen Zustand zu versetzen, sind nach den Ergebnissen dieser Messkampagnen für die
Buckau bis Pegel Herrenmühle/Forellenhof bereits fast erreicht. Jahreszeiten wie Winter und
Sommer wurden allerdings nicht erfasst. Im Sommer sind definitiv schlechtere Werte
denkbar.
Die
Zielvorgabe
ist
das
Erreichen
der
Zustandsstufe
II
der
Gewässergüteklassifikation nach LAWA (Darstellung der Ergebnisse in Tabelle 11). Auffällig
ist der hohe Landnutzungsanteil an Waldflächen, welche im Regelfall, anders als die
Landwirtschaft, wenig Nährstoffemissionen verursachen. Besonders die Ergebnisse für
Sauerstoff, Orthophosphat, Nitrat und Chlorid weisen mehrheitlich die bestmögliche
Zustandsstufe I auf, sind also hinsichtlich der chemischen Gewässerqualität deutlich besser,
als es der Erwartungshorizont der Wasserrahmenrichtlinie verlangt. Probleme bereiten
lediglich die Messwerte der Sulfatkonzentration an den Punkten 1, 7 und 11 im Frühjahr, die
zur Zustandsstufe II-III gezählt werden müssen. Der Gebietsauslass am Messpunkt 13
entspricht mit Zustandsstufe II im Frühjahr dem Durchschnitt über das gesamte
Einzugsgebiet und liegt im Herbst bei Stufe I-II, also leicht unterhalb des Durchschnittes der
Herbstmessungen. Während alle anderen Wasserinhaltsstoffe klar im ungefährdeten Bereich
liegen, könnten die Sulfatkonzentrationen also durch minimale Steigerungen auch an
anderen als den eben genannten kritischen Messpunkten eine Zustandsstufe tiefer rutschen.
Diese Gefahr existiert ansonsten nur im Ansatz für Gesamtphosphor. Acht der insgesamt 30
Messungen ergeben Konzentrationen, die im Bereich der Stufe II angesiedelt sind. Hier
könnte also eine Verschlechterung des Zustandes zur Verschiebung in die Stufe II-III führen
und somit in den kritischen Bereich, der als zu hoch bewerteten Nährstoffkonzentration
S e i t e | 86
abrutschen. Insgesamt ist das Erreichen der Ziele der Wasserrahmenrichtlinie bis 2015 für
die Buckau nach den Analysewerten dieser Messkampagnen als sehr wahrscheinlich
einzustufen, was durch den relativ geringen Anteil der Landwirtschaft beziehungsweise dem
hohen Anteil der Waldfläche an der Landnutzung erklärbar ist. Natürlich sind weitere
Messungen, vor allem im Sommer, notwendig.
S e i t e | 87
Tabelle 11: Güteklassen der gemessenen Konzentrationen der Wasserinhaltsstoffe in Anlehnung an die LAWA-Gewässergüteklassifizierung für die Buckau 2011 (auf der Basis jeweils einer
Messung).
Messpunkt ID
(-)
B-1
B-2
B-3
B-4
B-5
B-6
B-7
B-8
B-9
B-10
B-11
B-12
B-13
B-14
B-15
Min:
Durchschnitt:
Max:
Sauerstoff
Frü
Her
(-)
(-)
I
II
I
I
I
I
I
II
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
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I
I
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I
I
I
I
I
n.g.
I
I
I
I
I
I
II
P-ges
Frü
(-)
I
I - II
I
I
I - II
II
I
I
II
I - II
I - II
I
II
I
n.g.
I
I - II
II
Her
(-)
I
II
I - II
I
I - II
I - II
I
I - II
II
II
I - II
I - II
II
I - II
I - II
I
I - II
II
PO4-P-lösl
Frü
Her
(-)
(-)
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
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I
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I
I
I
I
I
I
I
n.g.
I
I
I
I
I
I
I
N-ges
Frü
(-)
I
I - II
I - II
I
I - II
I - II
I
I - II
I - II
I - II
I
I - II
I
I - II
n.g.
I
I
I - II
Her
(-)
I - II
I - II
II
I
I - II
I - II
I
I - II
I - II
I - II
I
I - II
I - II
I - II
I - II
I
I - II
II
Chemie II (LAWA-Klassen)
NH4-N
Frü
Her
(-)
(-)
I - II
I
I
I - II
I
I
II
II
I - II
I - II
I - II
I - II
I
I - II
I - II
I - II
I - II
I - II
I
I - II
I
I - II
I
I - II
I
I
I
I - II
n.g.
I - II
I
I
I - II
I - II
II
II
NO3-N
Frü
(-)
I
I
I - II
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
n.g.
I
I
I - II
NO2-N
Her
(-)
I
I
I - II
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I
I
I
I
I
I
I
I - II
I
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I
I - II
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I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
n.g.
I
I
I
ClHer
(-)
I - II
I - II
I - II
I - II
I - II
I - II
I
I - II
I - II
I - II
I
I
I - II
I - II
I - II
I
I - II
I - II
Frü
(-)
I - II
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
n.g.
I
I
I - II
SO4-Her
(-)
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
Frü
(-)
II - III
II
II
II
II
II
II - III
II
II
II
II - III
II
II
II
n.g.
II
II
II - III
Her
(-)
II
II
II
II
II
II
I - II
II
II
II
II
I - II
I - II
II
II
I - II
II
II
S e i t e | 88
5.3.3 Gewässergüte der Nuthe
Die Nuthe ist nicht nur das größte der drei betrachteten Einzugsgebiete, sondern es ist
zugleich dasjenige mit den meisten Kläranlagen. Zudem ist die Landnutzung vor allem im
Südwesten des Gebietes durch städtische und landwirtschaftliche Flächen dominiert. Der
Osten wiederum weist einen hohen Waldanteil auf, der größtenteils aus Nadelwald besteht.
Aufgrund dieser Umstände läge die Vermutung nahe, dass in vielen Regionen des
Einzugsgebietes tendenziell schlechte Zustandsstufen zu erwarten sind. Ein erster Blick in
Tabelle 12 zeigt, dass die durchschnittlichen Wasserqualitäten für alle Inhaltsstoffe
abgesehen vom Sulfat im Bereich besser oder gleich II liegen. Grundsätzlich ist die
Gewässerqualität der Nuthe also verhältnismäßig gut. Bereits im Zuge der Gebietsanalyse
fielen die Sulfatwerte durch besondere Unregelmäßigkeiten auf, deren Herkunft oftmals
ungeklärt bleiben musste. Obwohl die Tabelle der LAWA-Werte diese Informationen nicht
liefern kann, zeigt sie auf, dass es generell Probleme mit zu hohen Sulfatkonzentrationen im
Gewässer gibt. Im Frühjahr wurde für die Messpunkte 9, 10 und 21 die zweitschlechteste
Zustandsstufe III-IV ermittelt. Hohe Sulfatkonzentrationen treten oft in Zusammenhang mit
Bergbau auf, weshalb es sich für weitere Arbeiten empfehlen würde dahingehend nach
Informationen zu suchen. Die Landwirtschaft kann jedenfalls nicht der alleinige Verursacher
dieser hohen Konzentrationen sein, denn es müssten dann auch höhere Phosphor- und
Stickstoffkonzentrationen nachweisbar sein, die in organischen Düngern dominierend sind.
Kunstdünger, die zu derart hohen Auswaschungsverlusten von Sulfaten führen würden,
werden in aller Regel nicht eingesetzt, da dies nicht wirtschaftlich wäre. Auch wenn die Zeile
„Max“ (für Maximalwerte) den Eindruck erwecken könnte, dass es mit beinahe allen
Wasserinhaltsstoffen Probleme gibt, zeigt die Tabelle ganz deutlich auf, dass es sich bei den
meisten Messpunkten um Standorte mit einer besseren Wassergüte handelt, die darauf
hindeuten, dass die Nuthe in großen Gebietsteilen die Ziele der Wasserrahmenrichtlinie
erreichen wird. Nur an den recht selten vorkommenden, rötlich hinterlegten Standpunkten
wurden Konzentrationen gemessen, die zu einer Einstufung der Gewässergüte größer als
Klasse II führen. Alle Chlorid- und Nitritwerte bleiben unter der erforderten
Höchstkonzentration und entsprechen somit den Vorgaben der Wasserrahmenrichtlinie.
Beim Nitrat und dadurch bedingt auch beim Gesamtstickstoff kommt nur einmal die
Zustandsstufe III vor und zwar am Messpunkt 4 im Frühjahr. Es ist möglich, dass es sich dabei
um einen Messfehler handelt, weil alle anderen Werte so gut ausfallen. Zumindest aber
sollte dies in folgenden Arbeiten überprüft werden, denn es wäre auch denkbar, dass
S e i t e | 89
Drainagen an dieser Stelle die Konzentration in die Höhe treiben. Beim Ammonium können
mehrere abweichende Werte beobachtet werden, die vor allem im Frühjahr auftreten. So
fallen die Konzentrationen der Messpunkte 25 bis 27 in die Klasse II-III und die am
Messpunkt 13 und 21 in die Klasse III. Im Herbst überschreiten nur die Messpunkte 13 (Stufe
III) und 21 (Stufe II-III) die vorgegebene Höchstkonzentration. Des Weiteren fällt ein rötlich
hinterlegter Block im Bereich der Messpunkt 1 bis 3 auf. Es handelt sich um zu hohe
Konzentrationen von Gesamtphosphor und löslichem Phosophat. Sie liegen alle im Bereich
von II-III bis III und somit über dem Sollniveau. Die Landnutzungskarte des Gebietes
(Abbildung 6) weist in der Umgebung dieser Messpunkte ein Klärwerk aus, welches durchaus
der Verursacher dieser zu hohen Werte sein könnte, da Klärwerke oft Punktquellen für
Phosphorverbindungen sind. Die anderen Klärwerke des Einzugsgebietes scheinen keinen
erheblichen Einfluss auf die Gewässergüte zu haben, denn dann müssten auch mindestens
die Werte der Messpunkte 19, 21, 13, 33 und 29 schlechter ausfallen, was sie aber nicht tun.
Vor allem die Konzentrationen von Orthophosphat bleiben nach Messpunkt 3 sehr gering
und erreichen fast immer die beste Zustandsstufe I. In der Gebietsanalyse wurde bereits die
Vermutung geäußert, dass die Sauerstoffwerte der Herbstmessungen einiger Messpunkte
nicht den Güteklassen I bis II angehören könnten. Die Tabelle 12 bestätigt dies nun und
verzeichnet für Messpunkt 4 nur eine Güteklasse von III-IV. Die Analysen ergaben auch für
Messpunkte 6, 15, 17, 17b und 19 zu hohe Konzentrationen, weshalb diese der
Zustandsstufe III zugeordnet werden müssen. Es bestätigt sich also die Vermutung, dass die
Nuthe hinsichtlich der Sauerstoff- und Sulfatkonzentrationen schlechte Gütewerte aufweist,
zumindest dass eines der Klärwerke Einfluss auf die Güte hinsichtlich der Phosphorwerte hat
und sich die meisten der Stickstoffverbindungen und Chloridwerte in einem guten Zustand
befinden. Einen Überblick über die Verteilung der LAWA-Klassen der Sulfatwerte gibt
exemplarisch Abbildung 35. Derartige Grafiken wurden für alle Wasserinhaltsstoffe erstellt.
S e i t e | 90
Abbildung 35: Güteklassen in der Nuthe im Frühjahr 2011 – nordöstlicher Teil (links) und südwestlicher Teil (rechts) in Anlehnung an die LAWA-Klassifizierung – Sulfatkonzentrationen.
S e i t e | 91
Tabelle 12: Güteklassen der gemessenen Konzentrationen der Wasserinhaltsstoffe in Anlehnung an die LAWA-Gewässergüteklassifizierung für die Nuthe 2011 (auf der Basis jeweils einer
Messung).
Messpunkt ID
(-)
N-1
N-2
N-3
N-4
N-5
N-6
N-7
N-8
N-9
N-10
N-11
N-12
N-13
N-14
N-15
N-16
N-17
N-17b
N-18a
N-18b
N-19
N-20
N-21
N-22
N-23
N-24
N-25
N-26
N-27
N-28
N-29
N-30
N-31
N-32
N-33
Min:
Durchschnitt:
Max:
Sauerstoff
Frü
Her
(mg/l)
(mg/l)
I
I
I
II
I
I
I
III - IV
I
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II - III
I
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II - III
n.g.
II - III
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II - III
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I
I
I
II
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I
I
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III - IV
P-ges
Frü
(mg/l)
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II - III
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(mg/l)
III
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I
I
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III
PO4-P-lösl
Frü
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(mg/l)
(mg/l)
III
III
III
III
II - III
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I
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I - II
I - II
III
III
Chemie II (LAWA-Klassen)
NH4-N
NO3-N
Her
Frü
Her
Frü
Her
(mg/l)
(mg/l)
(mg/l)
(mg/l)
(mg/l)
II
II
I - II
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I
I
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n.g.
II
n.g.
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I
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n.g.
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I
III
II - III
I
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I
I
I
I - II
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II
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I
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I - II
I - II
II
I - II
I - II
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III
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(mg/l)
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(mg/l)
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II - III
III - IV
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II - III
II - III
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II - III
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II - III
III
II - III
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II - III
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III
II - III
III - IV
II - III
S e i t e | 92
5.3.4 Gewässergüte des Demnitzer Mühlenfließes
Ein Blick auf die Landnutzungskarte des Einzugsgebietes des Demnitzer Mühlenfließes (Pegel
Berkenbrück-1) lässt zunächst vermuten, dass sich die Gewässergüte in einem ordentlichen
Zustand befindet und die Vorgaben der Wasserrahmenrichtlinie erfüllen sein könnten. Es
gibt dort keine Kläranlagen, die Landnutzung ist durch Forstwirtschaft dominiert und die
Besiedelungsdichte ist gering. Die ermittelten Qualitätsstufen der Gewässergüteklassifizierung nach LAWA zeichnen jedoch ein differenziertes Bild auf (Tabelle 13). Rund 2/5
der gemessenen Konzentrationen liegen oberhalb der erforderten Grenze und gehören in
die Zustandsstufen II-III und schlechter. Besonders schlecht fallen die Ergebnisse für die
Konzentrationen von Gesamtstickstoff und für Sulfat aus. Dabei ist klar ersichtlich, dass es
innerhalb der Gruppe der Stickstoffverbindungen vor allem Probleme mit den Nitratwerten
gibt.
Die
Nitratkonzentrationen
stellen
hier
den
dominanten
Anteil
an
den
Gesamtstickstoffkonzentrationen, die daher eine entsprechende Verteilung aufweisen. In
keinem der Fälle wird die Stufe IV erreicht, allerdings sind die Gesamtstickstoff- und
Nitratwerte der Messpunkte 1 und 2 im Frühjahr als auch im Herbst in die Klasse III-IV
einzuordnen. Gleiches gilt für Messpunkt 14 im Herbst. Beim Nitrat sind zusätzlich die
Messpunkte 4 und 9 im Frühjahr betroffen (Abbildung 36). Daraus ergeben sich die
schlechten Durchschnittswerte von III im Frühjahr und II-III im Herbst, die jedoch im
Gebietsoutput etwas besser sind, nämlich Stufe II-III im Frühjahr und Stufe II
(Gesamtstickstoff) und I-II (Nitrat) im Herbst. Offenbar „reinigt“ sich das System weitgehend
selbst und belastet daher die nachfolgenden Gewässer nur geringfügig. Dies geschieht durch
Auswaschung oder Versickerung dieser mobilen Stickstoffverbindung oder durch deren
Denitrifizierung und somit Verflüchtigung in die Atmosphäre (N2O / N2). Beim Sulfat und den
Phosphorverbindungen ist die schlechteste erreichte Zustandsstufe II-III, die jedoch im
Frühjahr zumindest für Sulfat dominierend ist. Die besten Ergebnisse liefern die gemessenen
Konzentrationen von Nitrit und Chlorid, deren Maximalwerte bei Zustandsstufe I-II liegen.
Für diese Wasserinhaltstsoffe ist der geforderte gute chemische Zustand bereits erreicht.
Auch die Werte vom Orthophosphat sind bis auf zwei Ausnahmen, bei denen es sich auch
um Messfehler handeln könnte, im erwünschten Zustand von besser oder gleich Stufe II. Die
Gesamtphosphorkonzentrationen liegen im Herbst allerdings in 7 von 17 Fällen mit
Güteklasse II-III über dem geforderten Wert. Der Grund für die zu hohen Werte ist
vermutlich in der Landwirtschaft zu suchen, grade weil diese Hauptemitent von
Stickstoffverbindungen ist. Das würde gleichermaßen die teils zu hoch liegenden
S e i t e | 93
Phosphorkonzentrationen erklären, da mit einer organischen Düngung auch immer ein
Phosphoreintrag
verbunden
ist.
Die
Veränderung
der
Zustandsstufen
für
die
Sauerstoffkonzentrationen im Herbst spiegeln wider, wo im Flussverlauf sumpfige oder
moorige Gebiete liegen. Überall dort, nämlich im Bereich der Messpunkte 5, 6 und 7 sowie
15 und 16, die nahe am Hauptoutput liegen, der somit nur Stufe II-III erreicht, sind schlechte
Zustandsstufen im Sinne der WRRL, also zu niedrige Sauerstoffkonzentrationen ermittelt
worden. Die in Sümpfen und Mooren lebenden Mikroorganismen waren im Herbst aufgrund
höherer Wassertemperaturen aktiver und hatten somit einen höheren Stoffumsatz (ergo
Sauerstoffverbrauch), der dieses Ergebnis und auch die unterschiedlichen Ergebnisse im
Vergleich zwischen Frühjahr und Herbst erklärt. Da für das Erreichen des guten chemischen
Zustandes alle Wasserinhaltsstoffe mindestens die Klasse II aufweisen müssen, ist es fraglich,
ob dieses Ziel im Demnitzer Mühlenfließ bis 2015 erreicht werden kann, zumal die
Güteklassen im Sommer noch schlechter sein dürften.
S e i t e | 94
Abbildung 36: Güteklassen im Demnitzer Mühlenfließ im Frühjahr (links) und im Herbst (rechts) 2011 in Anlehnung an die LAWA-Klassifizierung – Nitratkonzentrationen.
S e i t e | 95
Tabelle 13: Güteklassen der gemessenen Konzentrationen der Wasserinhaltsstoffe in Anlehnung an die LAWA-Gewässergüteklassifizierung für das Demnitzer Mühlenfließ 2011 (auf der Basis
jeweils einer Messung).
S e i t e | 96
6 Vergleich mit anderen Arbeiten
Die Buckau bis Pegel Herrenmühle/Forellenhof wurde anhand der hier gewählten
Einschätzungen der Gewässergüte als das vermeintlich sauberste Gewässer der drei
Flussgebiete ermittelt. Dabei wurde für die in den Messkampagnen ermittelten
Einzelmessungen der Pflanzennährstoffe die Tabelle nach der LAWA-Gewässergüteklassifizierung zu Rate gezogen. Von 1990 bis 2001 wurden an der Buckau zahlreiche
Sanierungsmaßnahmen durchgeführt, deren Auswirkungen erfolgreich zu sein scheinen. Die
Ergebnisse dieser Arbeit bezüglich der geschätzten Gewässergüte entsprechen den
Ergebnissen
von
SCHARF
&
BRAASCH
(1999).
Bezüglich
der
leicht
erhöhten
Sulfatkonzentrationen konnten keine Hinweise in anderen Arbeiten gefunden werden.
Ähnlich Aussagen können für die anhaltinische Nuthe gemacht werden, für die bislang nur
wenige Veröffentlichungen gefunden worden sind. Eine vergleichbare Zielsetzung hatte
bisher keine Arbeit, weshalb die Ergebnisse dieser Arbeit möglicherweise als erste
Einschätzung des Gebietes gesehen werden müssen. Nachfolgende Forschungen könnten die
zahlreich gefundenen Problemstellungen an der Nuthe lösen, indem detailliertere
Gewässeranalysen erarbeiten werden als wie innerhalb der vorliegenden Arbeit. Dies gilt vor
allem für die Herkunft zu hoher Sulfatfrachten.
Es ist bekannt, dass die Konzentrationen von Phosphor- und Stickstoffverbindungen im
Demnitzer Mühlenfließ im jährlichen Verlauf sehr stark schwanken (Gelbrecht, 2001). Die für
diese Arbeit verwendete Datengrundlage entstammt zwei punktuellen Messkampagnen.
Weil die Konzentrationen der Wasserinhaltsstoffe aber selbst innerhalb weniger Stunden
variieren (Messal, 2012), kann eine genaue Gewässergütebewertung nur auf der Basis
längerer Messzeitreihen vorgenommen werden.. Außerdem ist die Wahrscheinlichkeit von
Bilanzfehlern deutlich erhöht, da sich die Messungen im konkreten Fall über mehrere Tage
erstreckten. Eine umfangreiche Fehleranalyse im Rahmen der Möglichkeiten offenbarte hier
zudem eine Reihe von Ursachen für Fehlbilanzen an den Knotenpunkten des
Gewässersystems. Die Ergebnisse von Gelbrecht et al. (2005) unterstützen die in der
vorliegenden Arbeit geäußerte Vermutung, dass verschiedene anthropogene Einflüsse
(Kleinkläranlagen, Landwirtschaft, Wasserentnahmen) maßgeblich die Gewässergüte
beeinflussen.
S e i t e | 97
7 Schlussteil
7.1 Zusammenfassung:
Die Messung von Fließgeschwindigkeiten birgt ein großes Fehlerpotential. Das liegt an der
Schwachstelle der verwendeten Geräte, die bei Vorhandensein von Wasserpflanzen und
turbulenten Strömungen an Genauigkeit einbüßen. Durch nachträgliche Korrekturen an den
Messergebnissen des „Qliners“ und des „FlowSens“ wurden aber plausible Abflüsse ermittelt
wie in den meisten Fällen in den erstellten Grafiken zu sehen ist. Durch den Ausfall von
Messgeräten mussten einige physikalische Parameter zeitlich verzögert erfasst werden.
Diese Genauigkeitseinbußen wurden aber mit Hilfe von Korrekturrechnungen angepasst und
sind als akzeptabel einzustufen. Die Analysen und Messungen im Labor wurden nach
festgelegten Standards durchgeführt und sind im Rahmen der Bestimmungsgrenzen exakt.
Durch den gewissenhaften Umgang beim Erfassen der Daten und durch zusätzliche
Kontrollen sind Fehler in diesem Arbeitsschritt eher unwahrscheinlich. Die zeitlichen
Eingrenzungen machten es unmöglich mehr als zwei Messkampagnen pro Einzugsgebiet
durchzuführen. Die gewonnen Daten wurden mit Hilfe von Landnutzungskarten einer
Gebietsanalyse unterzogen. Diese zeigte, dass die verwendeten Längsschnitt- und
Knotenpunktbilanzen eine sinnvolle Unterstützung zur Analyse von Durchflüssen und
Stofffrachten sind. Die Buckau bis Pegel Herrenmühle/Forellenhof weist weitgehend
erklärbare Durchflussverhältnisse auf, obwohl unklar bleibt, warum die Bilanzen 3 + 4 = 5
und 8 = 9 nicht aufgehen. Es wurden anhand einer Landnutzungskarte Lösungsvorschläge
gegeben, die in nachfolgenden Arbeiten aufgegriffen werden sollten. Die Nuthe ist
hinsichtlich ihrer Flussstruktur komplizierter und hat einige Nebenarme, welche
verschiedenen Einflüssen unterliegen. Im Nordosten entspringt die Boner Nuthe und
versickert kurz nach dem Ort Spring wieder im Wald. Die Versickerung ist durch den porösen
Untergrund zu erklären, der zu Grundwasserflussabständen von bis zu 80 Metern führt.
Außerdem hat ein Klärwerk maßgeblichen Einfluss auf die Gewässergüte im Nordosten des
Einzugsgebietes. Aus dem Norden und dem Süden kommen Nebenarme, deren Umfeld
weitestgehend durch Landwirtschaft geprägt ist. Auch ein Einfluss von umliegenden
Siedlungen ist nicht auszuschließen. Jedenfalls gab es dort viele Widersprüchlichkeiten
bezüglich des Durchflusses und der Stofffrachten. Unerwartet war die gute Erklärbarkeit der
Daten für die Bilanzen der Stadt Zerbst/Anhalt, welche zentral im Einzugsgebiet gelegen ist
und Wassermenge und -güte erheblich beeinflussen sollte. Im Demnitzer Mühlenfließ
S e i t e | 98
verhält es sich anders. Zum einen ist die Bilanz des Abflusses des Gebietes an beinahe allen
Bilanzierungspunkten nachvollziehbar und zum anderen gibt es keine Schwierigkeiten, die
stofflichen und wassermengenspezifischen Änderungen im Jahresverlauf zu erklären. Selbst
ein Niederschlagsereignis während der Herbstkampagne ändert nichts an der Qualität und
der Eignung der Daten für weiterführende Arbeiten innerhalb anderer Projekte. Die
Beurteilung der Gewässergüte wurde in einem eigenen Unterkapitel betrachtet. Da die
vorliegende Arbeit bis dahin nur Fehleranalysen und Gebietsanalysen beschrieben hat, war
es wichtig, den bewertenden Teil der Arbeit hervorzuheben. Die Buckau ist bezüglich der
Gewässerqualität als gut einzustufen und wird sehr wahrscheinlich die Ziele der
Wasserrahmenrichtlinie bis 2015 erreichen. Lediglich die Sulfatkonzentrationen lagen
teilweise unterhalb der Zustandsstufe II der LAWA-Gewässergüteklassifizierung. Die Nuthe
erzielte etwas schlechtere Ergebnisse, die sich vor allem in den Sulfatkonzentrationen
zeigten. Die Gemeinsamkeit schlechter Sulfatwerte und die Nähe der zwei Einzugsgebiete
zueinander weisen auf ein überregionales Problem hin. Eine Lösungsfindung innerhalb dieser
Arbeit hätte deren Rahmen gesprengt. Auch bei den Phosphorverbindungen ergaben die
Ergebnisse der Nuthe im Durchschnitt etwas schlechtere Zustandsstufen, welche mit dem
höheren Anteil der Landwirtschaft und dem Einfluss mehrerer Kläranlagen sinnvoll
begründet wurden. Auch hinsichtlich der Sauerstoffwerte wirft die Nuthe noch
Problemstellungen auf, denn im Herbst waren einige Sauerstoffwerte zu gering, um das
Überleben bestimmter Wassertiere (zum Beispiel von Forellen) zu gewährleisten. Das
Demnitzer Mühlenfließ besitzt einen großen Waldanteil und hat trotzdem die schlechteste
Wasserqualität der drei Gebiete. Rund 2/5 der gemessenen Konzentrationen liegen
unterhalb der Güteklasse II und somit nicht im Zielbereich der Wasserrahmenrichtlinie.
Probleme ergaben vor allem überhöhte Nitratwerte, die jedoch durch Abbauprozesse wie
der Denitrifizierung, innerhalb des Gebietes verringert werden. Weil auch die
Gesamtphosphorwerte
teilweise
oberhalb
der
Zielkonzentration
liegen,
ist
es
wahrscheinlich, dass die Landwirtschaft trotz relativ geringem Flächenanteil für diese
Verschmutzungen verantwortlich ist. Sumpfige und niedermoorige Gebiete im Süden des
Einzugsgebietes bewirken geringe Sauerstoffkonzentrationen und könnten für bestimmte
Wasserlebewesen und aerob arbeitende Mikroorganismen problematisch werden.
S e i t e | 99
7.2 Fazit
Die umfassende Fehleranalyse konnte aufzeigen, welche Probleme bei Messungen im Feld,
der Datenverarbeitung und der Datenanalyse auftreten können und wie Fehlerquellen
eingrenzbar sind. Sie hat gezeigt, dass die Messkampagnen zwar nicht frei von Fehlern sind,
aber dennoch erklärbare Ergebnisse liefern. Die darauf folgende Betrachtung der
Landnutzung unter Einbeziehung der beschriebenen Fehlerquellen ermöglichte eine grobe
Gebietsanalyse. Zum besseren Verständnis der Hydrologie und dem Verhalten der
Wasserinhaltsstoffe wären weitere Analysen notwendig gewesen. Drainagepläne, Boden-,
Wetter- und Klimakarten können für Folgearbeiten eine wichtige Hilfe zur Lösung unklarer
Zusammenhänge sein. Eine derartige detaillierte Gebietsanalyse wäre im Rahmen dieser
Bachelorarbeit
(3
Gebiete,
2
Kampagnen,
Fehleranalyse,
Gebietsanalyse
und
Qualitätsbewertung nach LAWA) nicht möglich gewesen. Dennoch wurden viele Aussagen
abgeleitet und einige Lösungs- und Denkansätze für weitere Analysen geliefert. Die
Bewertung der Gewässergüte rundet diese breit gefächerte Arbeit ab. Sie trifft erste
Aussagen über den Zustand der untersuchten Gewässer und ist deswegen ein wichtiger
Bestandteil der Arbeit.
Im Rahmen der durchgeführten umfangreichen Analysen sind im Ergebnis viele Grafiken
entstanden. Die abgeleiteten wissenschaftlichen Aussagen wurden auf der Basis aller
ermittelten Erkenntnisse und somit auch dieser Grafiken erstellt. Auf Grund des zahlmäßigen
Umfanges aller Grafiken erscheint es nicht sinnvoll, diese sämtlichst im Hautteil der Arbeit
darzustellen. Es wurde entschieden, den vollständigen Satz aller Grafiken auf der beigelegten
Daten-CD abzulegen.
Dank der Ergebnisse dieser Arbeit können Problemstoffe fokussierter betrachtet werden als
andere, was einer Optimierung der folgenden Arbeiten gleich kommt. Insgesamt dürfte die
Bachelorarbeit hinsichtlich ihrer Ergebnisse wichtige Erkenntnisse für den weiteren
wissenschaftlichen Fortschritt innerhalb des „NaLaMa-nT“-Projektes liefern.
S e i t e | 100
8 Quellen
Bücher/ Artikel
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Broschüren
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SEBA HYDROMETRIE (2007): Electromagnetic Flow Meter Model 801 – Operation Manual.
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Vorlesungsaufzeichnungen
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Deutscher Wetterdienst mit Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung
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GIS-Umwelt Bundesamt (2012): Link, zuletzt zugegriffen am 30.04.2012.
Ökologiezentrum(ÖKZ) der CAU zu Kiel (2012): Skript zum Laborpraktikum Gewässeranalytik. Link, zuletzt zugegriffen am 30.04.2012.
Planet-Wissen.de (2012): Link, zuletzt zugegriffen am 30.04.2012.
Viehweger K.H. et al. (2000): Praktikum der Ionenchromatographie – Eine Einführung.
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Poster:
Gelbrecht, J. (2001): „Eintrag von Nährstoffen in Oberflächengewässer: Strategien zum
Rückhalt und deren praktische Umsetzung - Beispiel Demnitzer Mühlenfließ“. Poster.
Ausgestellt am Tag der offenen Tür am IGB (04.09.2001).
Messal et al. (2012): „Großräumige hydrologische Messkampagnen im Norddeutschen
Tiefland und erste Auswertungen zur Erfassung des Istzustandes des Landschaftswasser- und
–stoffhaushaltes“. Poster. Ausgestellt am Tag der Hydrologie 2012.
Sonstiges:
Messal, H. (2011a): Persönliche Information.
Messal, H. (2011b): Persönliche Information.
Messal, H. (2011c): Persönliche Information.
Messal, H. (2012a): Persönliche Information.
Messal, H. (2012b): Persönliche Information.
Messal, H. (2012c): Persönliche Information.
Messal, H. (2012d): Persönliche Information.
S e i t e | 103
Erklärung:
Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegende Bachelorarbeit „Längsschnitt-Analyse des Durchflusses
und der Frachten ausgewählter Wasserinhaltsstoffe in drei Flusseinzugsgebieten des
Norddeutschen Tieflandes“ selbstständig und ohne fremde Hilfe angefertigt und keine anderen als
die angegebenen Quellen und Hilfsmittel verwendet habe.
Die eingereichte schriftliche Fassung der Arbeit entspricht der auf dem elektronischen
Speichermedium.
Weiterhin versichere ich, dass diese Arbeit noch nicht als Abschlussarbeit an anderer Stelle
vorgelegen hat.
Kiel, den 21.05.2012
.

Bachelor-Arbeit - bei der Abteilung für Hydrologie und

Transcription

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