Projekt | Die räumliche Heterogenität des Eintrags eutrophierungsrelevanter Substanzen in die Wolga und Entwicklung von Strategien zur Verminderung durch Modellanwendung |
Leitung | Prof. Dr. Ralph Meißner (Department Bodenforschung); Dr. M. Rode (Department Hydrologische Modellierung) |
Bearbeitung | Dr. G. Ollesch (Department Bodenforschung); Dipl. geoök. I. Kistner (Department Hydrologische Modellierung); Russische Akademie der Wissenschaften, Institut für Grundlegende Biologische Probleme, Pushchino; Allrussisches Forschungsinstitut für Agronomie & Überwachung der Bodenerosion, Kursk; Allrussisches Forschungsinstitut für Hydrotechnik und Melioration, Moskau und Kolomna |
Finanzierung | BMBF |
Laufzeit | 07.04 - 06.06 |
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

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
- 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.