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TP 4.3: Fließgewässergüte

Im Rahmen des Teilprojektes soll eine eindimensionale hydrodynamische Simulation der Wasserqualität für ausgewählte Teilstrecken im Aller-Einzugsgebiet durchgeführt werden, um Aussagen über Tendenzen ausgewählter Wasserqualitätsparameter im gesamten Aller- Gebiet bei sich ändernden Klimabedingungen treffen zu können.

Dabei wird zum einen der Einfluss der Einträge aus diffusen und Punktquellen auf die Nährstoff- und Sauerstoffkonzentrationen im Gewässer in Abhängigkeit vom Abflussregime untersucht. Zum anderen werden die Auswirkungen von Änderungen von Lufttemperatur und Strahlung auf die Wassertemperatur und dadurch bedingte mögliche Effekte auf die Sauerstoffkonzentration und Stoffumwandlungsprozesse simuliert. Neben Sauerstoff und Nährstoffen soll die Wassertemperatur als zentraler Parameter betrachtet werden, da sie, im Gegensatz zu Parametern, die primär durch biologische Prozesse beeinflusst werden, eine vergleichsweise robuste Größe darstellt.

Zunächst erfolgte eine umfassende Analyse der Beobachtungsdaten der Wasserqualität im Aller-Einzugsgebiet (Gewässerüberwachung Niedersachsen 1980 – 2005), um Informationen über den Stoffhaushalt der Gewässer, insbesondere relevante Eintragspfade, dominierende Prozesse, eventuelle Trends und naturräumliche Ähnlichkeiten zu gewinnen. Die beobachteten Wassertemperaturen (Monatsmittelwerte des gesamten Aller-Einzugsgebiets) weisen keine signifikanten Trends auf (Abb. 1a). Die Konzentration von Ammoniumstickstoff hat im Gegensatz zu Nitratstickstoff stark abgenommen (Abb. 1b). Diese Beobachtung ist auf den Ausbau vieler Kläranlagen und den damit verbundenen Rückgang der punktuellen Einträge zurückzuführen, die die Hauptquelle von Ammoniumstickstoff in den Gewässern dargestellt haben. Nitratstickstoff wird hingegen vor allem diffus in die Gewässer eingetragen und ist stark von der Intensität der landwirtschaftlichen Nutzung des Einzugsgebiets abhängig. Die Konzentration von Nitratstickstoff in den Fließgewässern ist von 1980 bis 2005 nur geringfügig zurückgegangen und zeigt Ähnlichkeiten in Gewässern eines Naturraumes.

Für die hydrodynamische Simulation der Wasserqualität kommt das „One Dimensional Riverine Hydrodynamic and Water Quality Model (EPD-RIV1)“ der Ecosystem Research Division der United States Environmental Protection Agency zum Einsatz. Es simuliert alle wesentlichen Komponenten des Sauerstoff-, Stickstoff- und Phosphorkreislaufs und verwendet einen deterministischen Energiebilanz-Ansatz zur Simulation der Wassertemperatur.

Für drei ausgewählte Teilstrecken im Aller-Gebiet (Innerste bei Hildesheim, obere Schunter, untere Böhme) wurden die Eingangsdaten für die Modelle akquiriert und aufbereitet. Mit diesen Daten wurden detaillierte hydrodynamische Modelle erstellt und im stationären Zustand kalibriert. Anschließend wurden die kalibrierten Modelle mit instationären Abflüssen und simulierten lateralen Zuflüssen getestet. Abbildung 2 zeigt simulierte und beobachtete Wasserstände am Pegel Groß Giesen (Innerste).

Abb. 1: Entwicklung von Wassertemperatur (a), Ammonium- (b) und Nitratstickstoff (c) von 1980 bis 2005 (Monatsmittelwerte aller Messstellen im Aller-Einzugsgebiet).

Abb. 2: Hydrodynamische Kalibrierung des Wasserstands am Pegel Groß Giesen (Innerste).

Leitung: Prof. Dr.-Ing. G. Meon
Bearbeiterin: K. Stein
Technische Universität Braunschweig
Leichtweiß-Institut für Wasserbau
Abt. Hydrologie, Wasserwirtschaft und Gewässerschutz

KLIFWA/TP 4.3