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Forschung und Entwicklung

Wie wirken sich Wasserstraßenausbau und -unterhaltung auf den Transport schadstoffbelasteter Feinsedimente aus? Wie kann das Sediment- und Baggergutmanagement der WSV optimiert werden? Welche Auswirkungen haben der Klimawandel und extreme Wetterereignisse auf den schwebstoffbedingten Schadstofftransport? Um diese Fragen geht es in zwei Vorhaben des BfG-Forschungsprogramms – zum einen für die Nordseeästuare in einem Projekt des BMVI Expertennetzwerks, zum anderen für die Ostseeküste in einem Projekt des BMU-Maßnahmenprogramms für grenzüberschreitende Gewässer. Neben diesen Forschungsfeldern arbeitet das Referat G1 an der Entwicklung bzw. Weiterentwicklung von Bewertungsschemata, Fachinformationssystemen und Fachdatenbanken.

Projekt "Feststoff- und partikulärer Schadstofftransport in Nordseeästuaren"

Schwebstoffe und schwebstoffbürtige Sedimenten in Ästuaren sind oft mit anthropogenen Schadstoffen belastet. Das birgt ein potenzielles Risiko für die aquatische Flora und Fauna und kann zu Nutzungseinschränkungen und ggf. zu erheblichen Kosten bei der Unterhaltung der Gewässer führen. Die Feinsedimente (sog. kohäsive Sedimente), die aufgrund ihrer sedimentologischen Eigenschaften Schadstoffe akkumulieren können, stellen besonders hohe Anforderungen an das Sediment- und Baggergutmanagement der WSV.

Mit dem Projekt soll ein besseres Verständnis der Transportmengen, -wege und –zeiten feststoffgebundener Schadstoffe in den Nordseeästuaren erreicht werden. Deswegen wird untersucht, welchen Einfluss die Wasserstraßenunterhaltung auf den Schadstofftransport und die Anreicherung der Schadstoffe in ökologisch wertvollen Bereichen hat. Außerdem werden die strömungsabhängigen Transporte feinkörniger Anteile in den Ästuaren untersucht. Neben einer möglichen Gefährdungsabschätzung der Gewässerökosysteme in Flussgebietseinheiten und im Küstenmeer ist auch zu prüfen, ob das Ziel der WRRL und der MSRL realisierbar ist, einen guten chemischen und ökologischen Zustand zu erreichen.

Projekt "Systembetrachtungen in deutschen Ostseeküstengewässern für eine nachhaltige Sedimentmanagementstrategie"

In der Ostsee und deren Küstengewässern sind häufig hohe Schadstoffbelastungen, hohe Gehalte an Nährstoffen und organischem Material (Mudden) sowie kritische Sauerstoffgehalte anzutreffen. Das kann zu Problemen bei der regelmäßigen Gewässerunterhaltung führen. Das Projekt soll grundlegende Informationen über den Gewässerzustand für das Pilot-Gebiet Untertrave/Lübecker Bucht bereitstellen. Dazu werden z. B. Schadstoffgehalte, ökotoxikologische Wirkungen, Nährstoffkonzentrationen und der Sauerstoffhaushalt betrachtet. Außerdem soll der Einfluss von Baggeraktivitäten auf die Sediment- und Wasserqualität untersucht werden. Die besonderen Herausforderungen liegen zum einen in der hohen Prozessdynamik im Mündungsbereich der Trave und zum anderen in den neuen rahmenrechtlichen Vorgaben für den Umgang mit Baggergut, die aus der MSRL und WRRL folgen. Das Projekt wird die Kenntnisse über die stoffliche Situation im Pilotgebiet vertiefen und das Verständnis der sie beeinflussenden Faktoren sowie der Transport- und Stoffumsetzungsprozesse verbessern. Das ermöglicht eine Abschätzung potenzieller Risiken für die Gewässerunterhaltung und ist wichtige Voraussetzung, um Handlungsstrategien der WSV im Bereich der deutschen Ostseeküste weiter zu entwickeln.

„Klimainduzierte Veränderungen der Schadstoffströme in Flusseinzugsgebieten“ – BMVI Expertennetzwerk

Der Klimawandel, aber auch einzelne extreme Wetterereignisse können den Stoffhaushalt von Fließgewässern nachhaltig beeinflussen. Starkregen oder Hochwasser mobilisieren schadstoffbelastete Sedimente aus strömungsberuhigten Nebenbereichen (z. B. Altlastenbereiche, Buhnenfelder oder Nebenflüsse) oder aus schadstoffbelasteten Überflutungsflächen. In der Folge kann sich die Sedimentqualität verschlechtern. Somit wird der Handlungsspielraum beim Sediment- und Baggergutmanagement, welches auf wirtschaftliche, ökologisch und sozioökonomisch begründete Belange ausgerichtetet ist, eingeengt. Zudem können mehr Schadstoffe in die Ästuarbereiche gelangen, bedingt durch einen klimainduziert beschleunigten, flussabwärts gerichteten Transport belasteter Sedimente.

Das Projekt soll Aussagen über die Schadstoffströme in Oberflächengewässern unter veränderten klimatischen Bedingungen treffen und das Prozessverständnis beim sedimentgebundenen Schadstofftransport verbessern. Dieses geschieht mit Hilfe eines numerischen 2-dimensionalen Wasserqualitätsmodells. Es bezieht verschiedene Abflussszenarien für die nahe und ferne Zukunft ein, welche von den neuesten IPCC Klimaprojektionen abgeleitet sind. So soll der longitudinale und laterale Transport partikulär gebundener Schadstoffe simuliert werden, um mögliche Veränderungen der Schadstoffströme aufzeigen zu können. Mit Hilfe der Modellergebnisse sollen auch die bestehenden Sedimentmanagementkonzepte der WSV überprüft werden.

Den Arbeitsrahmen des Projektes bildet das BMVI Expertennetzwerk. Es greift unter anderem drängende Verkehrsfragen der Zukunft in den Bereichen Klimaanpassung, Umweltschutz und Risikomanagement auf. Auch die Auswirkungen auf die Ökologie der Bundeswasserstraßen spielen hierbei eine Rolle. Das Projekt ist innerhalb des Themenfeldes 1 des Expertennetzwerks verankert. Hier werden die durch Klimaveränderungen und extreme Wetterereignisse bedingten Verwundbarkeiten für Verkehr und Infrastruktur bestimmt und, darauf aufbauend, entsprechende Anpassungsoptionen entwickelt.

"Prozessanalyse und Modellierung der Schadstoffbelastung großer Fließgewässer" – BMU-Maßnahme 19

Im Auftrag des BMU werden wesentliche Quellen und Eintragspfade von Schadstoffen für große Flüsse in Deutschland identifiziert und quantifiziert. Das Projekt analysiert, bilanziert und modelliert das Transportverhalten der Schadstoffe im Gewässer. Dabei geht es insbesondere um extreme hydrologische Systemzustände wie Hoch- oder Niedrigwasser. Die Modellierung erfolgt in Zusammenarbeit mit dem BfG-Referat U2, wobei das dort entwickelte Gewässergütemodells QSim eingesetzt wird.

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