Kurzdarstellung: Verbundprojekt Wolga-Rhein (Teil Gewässergüte)

UFZ Teilprojekt 3: "Die räumliche Heterogenität des Eintrags eutrophierungsrelevanter Substanzen in die Wolga und Entwicklung von Strategien zur Verminderung durch Modellanwendung"

Einleitung

Die Wolga ist der größte Fluss Europas. Sie weist damit eines der bedeutendsten aquatischen Ökosysteme der Welt auf. Ihre Wasserqualität ist nicht nur für Flora und Fauna von Bedeutung, sondern in besonderem Maße auch für die im Einzugsgebiet lebenden Menschen. Sie decken etwa 80 % ihres Trinkwasserbedarfs aus diesem Fluss.

Es bestehen seit mehr als 10 Jahren auf dem Gebiet der Umwelt- und Gewässerforschung Kontakte zwischen deutschen und russischen Forschungseinrichtungen. Es entwickelte sich eine außerordentlich fruchtbare Zusammenarbeit zwischen den Partnern. Hervorzuheben sind vor allem die vom BMBF initiierten und finanzierten Forschungsverbundprojekte Oka-Elbe und Wolga-Rhein. Hierbei ist es zunehmend gelungen, früher häufig isoliert arbeitende russische Wissenschaftler in die internationale Forschungsgemeinschaft zu integrieren und neben reinen Forschungsproblemen auch beiderseitig interessierende Fragestellungen des Technologietransfers zu bearbeiten.

Im Rahmen der wissenschaftlich-technischen Zusammenarbeit auf dem Gebiet des Gewässerschutzes und der Umwelttechnologie zwischen der Bundesrepublik Deutschland und der Russischen Föderation wurde im Jahr 2000 das Projekt "Wolga-Rhein" begonnen, dem von russischer Seite das staatliche Zielprogramm "Revitalisierung der Wolga, 1996 - 2010" zugrunde liegt.

Da neben den ökonomischen Problemen in den GUS-Staaten der Mangel an gesicherten Informationen hinsichtlich der Belastungssituation der Wolga eine wesentliche Hürde für das Gelingen des Programms zur Revitalisierung der Wolga darstellt, ist das im Rahmen des Wolga-Rhein-Projektes durchgeführte Forschungsprogramm eine wesentliche Grundlage, um eine realistische Chance zur nachhaltigen Verbesserung der Gewässerqualität zu schaffen.

Den sich daraus ergebenden Anforderungen wird in zwei miteinander vernetzten Themenblöcken, einem ingenieurtechnisch ausgerichteten und einem wasserqualitätsmäßig orientierten Komplex, Rechnung getragen. Neben hydraulisch-hydrologischen und bautechnisch-energetischen Untersuchungen werden der aktuelle Belastungsszustand des Wassers durch Beprobung der fließenden Welle und die Qualität der Flusssedimente bewertet. Ergänzt werden diese auf den Fluss fokussierten Forschungsarbeiten durch Untersuchungen zur Ermittlung und Quantifizierung von eutrophierungsrelevanten diffusen Stoffeinträgen aus dem Einzugsgebiet.


Gesamtziel des Vorhabens

Ziel der gemeinsamen Arbeiten ist eine exemplarische Charakterisierung der eutrophierungsrelevanten Prozesse im Einzugsgebiet der Wolga unter Einbeziehung der Eintragspfade von den landwirtschaftlichen Nutzflächen und den Flusssedimenten als Speicher.

Abbildung 1 veranschaulicht, wie die Arbeiten in den drei Teilbereichen Erosion (Umweltforschungszentrum (UFZ), Leipzig-Halle), Flusswasser (Engler-Bunte-Institut (EBI) Karlsruhe) und Flusssediment (Universität (Uni), Heidelberg) ineinander greifen und zu einer Charakterisierung der eutrophierungsrelevanten Prozesse führen. Diese Charakterisierung wird anschließend genutzt, um Konzepte für die Reduktion des Nährstoffeintrages durch Erosion und Freisetzung aus Flusssedimenten zu entwickeln. Letztendlich soll die Umsetzung dieser Konzepte zu einer Verbesserung der Wasserqualität und damit der qualitativen Sicherstellung der Trinkwasserversorgung sowie zu einer nachhaltigen Landbewirtschaftung im Einzugsgebiet führen.


Wissenschaftliche Arbeitsziele des Vorhabens

Die wissenschaftlichen Arbeitsziele des Teilprojektes 1 gestalten sich wie folgt:

• Bestimmung der Nährstoffe und weiterer eutrophierungsrelevanter Parameter in Oka und Wolga
• Spezielle Analysen der Flusswasserproben in Karlsruhe, d. h. Bestimmung von Algenmenge und -klasse
• Trinkwasserbeprobung
• Untersuchungen zur Algenentfernung aus dem Rohwasser der Trinkwasseraufbereitung
• Wissens- und Technologietransfer

Auf der Grundlage der im Vorgängerprojekt erhaltenen Erkenntnisse soll eine vertiefte Untersuchung der Nährstoff- und Algenspezies einen Einblick in die eutrophierungsrelevanten Prozesse im Untersuchungsgebiet ermöglichen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen sollen in praktischen Versuchen vor Ort in Russland Möglichkeiten gefunden werden, um Algen aus dem Rohwasser der Trinkwasseraufbereitung zu entfernen. Zusätzlich sollen gemeinsam mit den anderen Teilprojektpartnern die Ursachen der Eutrophierung der Wolga im Untersuchungsgebiet untersucht werden, mit dem Ziel, eine Reduzierung der Nährstoffe in der fließenden Welle zu erzielen.

In dem Wolga-Abschnitt zwischen Gorki und Cheboksary sollen weitergehende Untersuchungen zu P-Austrag (P-Mobilität) aus dem Sediment und zur Eutrophierung des Gewässers durchgeführt werden. Eine möglich genaue Charakterisierung der eingetragenen P-Formen aus diffusen Quellen soll erreicht werden. Der Stoffhaushalt des Systems soll u. a. durch die Ermittlung der Konzentrationen von Nährstoffen in den Oberflächensedimenten sowie in den Sedimentprofilen erstellt werden. Mögliche Eintragsquellen der zu untersuchenden Stoffe sollen aufgeklärt werden.

Umwandlungsmechanismen, die Phosphat über das Porenwasser in den Wasserkörper zurückführen oder Phosphat aus dem Porenwasser und dem überstehenden Wasser fixieren können, sollen untersucht werden.

Der Beitrag zur allgemeine Zielstellung des Gesamtforschungsvorhabens, nämlich durch die Untersuchungen zum Phosphor einen wichtigen Beitrag zur Sicherstellung der Trinkwasserversorgung im Wolgaeinzugsgebiet zu leisten, besteht im Teilprojekt 3 im wesentlichen aus drei Schwerpunkten:

• Auf der Grundlage der im Vorgängerprojekt erhaltenen Erkenntnisse soll eine vertiefte Untersuchung der Nährstoff- und Algenspezies einen Einblick in die eutrophierungsrelevanten Prozesse im Untersuchungsgebiet ermöglichen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen sollen in praktischen Versuchen vor Ort in Russland Möglichkeiten gefunden werden, um Algen aus dem Rohwasser der Trinkwasseraufbereitung zu entfernen. Zusätzlich sollen gemeinsam mit den anderen Teilprojektpartnern die Ursachen der Eutrophierung der Wolga im Untersuchungsgebiet untersucht werden, mit dem Ziel, eine Reduzierung der Nährstoffe in der fließenden Welle zu erzielen.
• Die Bereitstellung eines Modellsystems ermöglicht die Ableitung von spezifischen Maßnahmen zur Reduzierung diffuser Phosphoreinträge.
• Darüber hinaus werden durch die geplante Durchführung von Anwenderschulungen bzw. Trainingskursen zum Modellsystem und zu bodenkonservierender Landtechnik, in Kooperation mit Praxispartnern, wichtige Entscheidungsträger angesprochen und so eine Umsetzung der Ergebnisse des Forschungsvorhabens in die Praxis gewährleistet.

In Kooperation mit den Teilprojektpartnern soll beispielhaft der Prozess der Eutrophierung für das Gewässersystem der Wolga untersucht werden. Das Ziel ist, Erkenntnisse über Herkunft und Kreisläufe von P-Verbindungen, Stickstoffverbindungen sowie von organischer Substanz zu erhalten und einen beispielhaften Beitrag zur Trinkwasserversorgung und nachhaltigen Landbewirtschaftung zu leisten.