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unilogo Universität Stuttgart
Institute of Hydraulic Engineering

Research: Hydraulic Laboratory

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Erosionsmessungen in Buhnenfelder der Elbe
Project manager:Prof. Dr.-Ing. Silke Wieprecht
Deputy:Dr.-Ing. Sven Hartmann, AOR
Research assistants:Dipl.-Phys. Gerhard Schmid
Duration:3.7.2012 - 29.4.2013
Funding:Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG)
Comments:

This project is part of the research area:
Hydromorphology

MMM- Monitoring, Measuring and Modelling

Publications: Link

Abstract:

Durch die jahrzehntelange Freisetzung von umweltgefährdenden Stoffen durch z.B. Betriebe des Chemiedreiecks Leuna-Buna-Bitterfeld, aber auch aus der Tschechischen Republik und dem Großraum Leipzig, sind, insbesondere vor 1990, erhebliche Mengen prioritärer Stoffe in die Hydrosphäre gelangt. Langlebige Substanzen haben sich durch die hohe Affinität zu feinen Feststoffpartikeln in Sedimenten der Oberflächengewässer abgelagert und finden sich nach wie vor in teilweise beträchtlichen Konzentrationen in Sedimentsenken. Obgleich z.B. durch die Sicherung von Altlasten sowie Betriebsstilllegungen der Eintrag aus den diversen Punktquellen signifikant zurückgeführt werden konnte, befinden sich noch nennenswerte Mengen an Schwermetallen und diverser Kohlenwasserstoffe in den aquatischen Ökosystemen. Für die Zielerreichung des durch die Europäische Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) vorgegebenen guten Zustandes der Wasserkörper ist ein Sedimentmanagement notwendig, um die wassergefährdenden Stoffe zu sichern und weitere negative Auswirkungen auf die Biosphäre zu vermeiden.
Die Sedimentdynamik in Fließgewässern, und die damit verbundenen biologischen und chemischen Prozesse, sind eng an hydrodynamische Vorgänge gekoppelt. Die Erosion kontaminierter Sedimente aus der Gewässersohle, die Zerschlagung der resuspendierten Aggregate bzw. die Neubildung von Flocken im Wasserkörper sowie Transport und Sedimentation der Schwebstoffe sind entscheidend für die Ökologie des Gewässers. Um für kontaminierte Standorte eine Risikoabschätzung treffen zu können, ist es unabdingbar, den Erosionsvorgang und die Transportdynamik zu quantifizieren.
Das Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung (IWS) entwickelt seit beinahe 20 Jahren Strategien und Messgeräte zur Bestimmung der kritischen Sohlschubspannung. Neben einer in der Versuchsanstalt für Wasserbau installierten Anlage zur tiefenabhängigen Analyse von Sedimentkernen verfügt das IWS auch über ein mobil einsetzbares in situ-Gerät, mit dem die Nachteile einer gestörten Bodenprobe vermieden werden können, das jedoch keine vertikalen Aufschlüsse erlaubt. Nachdem jedoch die historisch freigesetzten und abgelagerten Sedimente zwischenzeitlich von jüngeren, zumeist weniger belasteten Sedimenten überdeckt wurden, ist eine kombinierte Messstrategie am ehesten geeignet, das Resuspensionsrisiko von Altsedimenten zu erfassen.
In zwei Messkampagnen in jeweils drei von der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) ausgewählten, typisierten Buhnenfeldern hat das IWS umfangreiche Messwerte Vor-Ort (in situ) aufgenommen und gleichzeitig eine Vielzahl an Sedimentkernen gewonnen, die in der Versuchsanstalt einer vertieften Untersuchung unterzogen wurden.