Wissenschaftliche Ziele

Nährstoffelimination

In den Vorsperren findet aufgrund des kontinuierlichen Nährstoffimportes aus dem Einzugsgebiet intensives Algenwachstum statt. Algen unterliegen nach dem Absterben einer kontinuierlichen Sedimentation, da sie in der Regel schwerer sind als Wasser. Der gängigen Theorie nach werden die aufgenommenen Nährstoffe durch die sedimentierenden Algen ebenfalls in das Sediment verfrachtet (Abb. 6). Durch diesen Prozess sollen Vorsperren eine erhebliche Nährstoffelimination bewirken und nur noch nährstoffarmes und nahezu Algen-freies Wasser in die Hauptsperre entlassen. Mit den kontinuierlichen 2-wöchigen Wasserprobenahmen an den Zu- und Abläufen sowie im Tiefenprofil der beiden Vorsperren Hassel und Rappbode sollen diese Beziehungen überprüft und vor allem auch quantifiziert werden.

Phosphor und Kohlenstoffkreislauf in den VS — Abb. 6: Schematischer Phosphor- und Kohlenstoff-Kreislauf in den Vorsperren (Entwurf: M. Cebula; SRP: soluble reactive Phosphorous – gelöster, reaktiver Phosphor; PP: partikulärer Phosphor; DOC: dissolved organic carbon – gelöste organische Kohlenstoffverbindungen; POC: particulate organic carbon – partikuläre organische Kohlenstoffverbindungen)

Änderungen durch Klimawandel und/oder Nutzungswandel
Im Talsperrensystem Rappbode bieten die beiden Vorsperren Hassel und Rappbode die seltene Situation, zwei Wasserkörper von ähnlicher Größe und Volumen sowie bathymetrischer und geomorphologischer Ausprägung unter weitgehend gleichen Klimabedingungen untersuchen zu können (Tab. 1). Somit können Veränderungen in der Limnologie der Vorsperren über die Zeit gegebenenfalls klimatischen Änderungen oder auch Veränderungen in der Landnutzung der Teileinzugsgebiete zugeordnet werden (Abb. 7). Hierzu dienen vor allem die Aufzeichnungen der automatischen Messstationen in Verbindung mit den regelmäßigen Probenahmen an den Messstellen YH3 und YR3.

Tab. 1: Kenndaten der beiden Vorsperren Rappbode und Hassel im Vergleich

name	Rappbode-main dam	Predam Rappbode	Predam Hassel
Start of operation	1959	1961	1960
Surface area [ha]	395	24,3	26,0
Storage capacity [Mio m³]	109	1,5	1,48
Max. water depth [m]	89	16	14
Catchment area [km²]	116	47,6	44,6

Abb. 7: Landnutzung in den Einzugsgebieten der Hassel- und der Rappbode-Vorsperre

DOC - Herkunft und Verbleib
Im Fokus steht vor allem das Verhalten von DOC (dissolved organic carbon = Summenparameter für alle gelösten organischen Kohlenstoffverbindungen in mg/L) in den Talsperren, die zur Trinkwasserversorgung genutzt werden. Anlass dazu gibt der stetige Anstieg der DOC-Konzentration in einigen Oberflächengewässern Europas und Nordamerikas im Laufe der letzten Jahrzehnte (Jennings et al. 2010, 2012). Dies konnte auch während der letzten 20 Jahre in der Rappbodetalsperre beobachtet werden. Der gelöste organische Kohlenstoff in den Talsperren, der aus natürlichen Abbauprozessen von Pflanzen stammt, ist für den Menschen und andere Organismen in den üblicherweise auftretenden Konzentrationen ungefährlich. Wegen der mit steigender Konzentration zunehmenden Wasserfärbung, des Risikos der Entstehung gefährlicher Stoffe bei der Desinfektion des Trinkwassers und der Förderung des Wachstums von Mikroorganismen in Trinkwassernetz lassen die gesetzlichen Vorgaben nur sehr geringe Mengen an DOC im Trinkwasser zu (angegeben als SAK < 0,5 m-1). Insbesondere hohe Konzentrationen an DOC stellen eine Herausforderung bei der Trinkwasseraufbereitung dar (Hohlfeld et al. 2012). In Deutschland ist Trinkwasser ein Lebensmittel und unterliegt sehr strengen Qualitätsvorgaben, die in der Trinkwasserverordnung (letzte Änderung 5.12.2012 http://www.dvgw.de/463.html und http://www.umweltbundesamt.de/wasser/themen/trinkwasser/gesetze.htm ) geregelt sind und laufend in den Trinkwasserwerken überprüft werden.

Anstieg DOC — Abb. 8: Signifikanter Anstieg der DOC-Konzentration in 70% der verschiedenen, untersuchten Seesystemen in einem Beobachtungszeitraum von 14 Jahren (Monteith et al. 2007)

Mit Unterstützung des TOR wird daher zur Zeit (2013-2015) ein Forschungsprojekt des Bundesministeriums für Bildung und Forschung vom UFZ zusammen mit verschiedenen Partnern aus Forschung und Praxis durchgeführt, dass Aufklärung über die Herkunft, die Qualität und den Verbleib des DOC in den Talsperren leisten soll. Nähere Informationen zu diesem Forschungsprojekt befinden sich hier.

Routine-Monitoringprogramm
Neben den automatischen Messstationen mit ihren kontinuierlichen, zeitlich hoch aufgelösten Aufzeichnungen einzelner, mit Sonden messbarer Parameter (s. Liste unten - link) wird seit März 2011 ein 2-wöchiges Wasserprobenahmeprogramm an den Vorsperren Hassel und Rappbode durchgeführt. Dabei werden neben den klassischen Ionen und Nährstoffen auch biologische Parameter analysiert. Die Proben für dieses Programm werden an den Zuläufen (YHZ und YRZ), den Überläufen zur Hauptsperre auf der Staumauer (YHA, YRA) und an den Messstellen mit der jeweils größten Wassertiefe in der Nähe der Staumauern in einem Tiefenprofil in 2, 5, 8, 10, 12 und 14 (YH3: Hassel-Vorsperre) bzw. 16 m (YR3: Rappbode-Vorsperre) Wassertiefe genommen.

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