SedTrans

Transport partikelgebundener Schadstoffe in der Mittelelbe

Die Belastung der Sedimente im Elbeeinzugsgebiet erschwert das Erreichen zahlreicher Bewirtschaftungsziele entlang der Elbe. So verlangt die Europäische Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL), dass alle EU-Gewässer bis 2015 einen guten chemischen und ökologischen Zustand erreichen.  Aber angesichts der erhöhten historischen Kontamination im  Einzugsgebiet der Elbe, der starken Affinität dieser Schadstoffe für feinkörnige Sedimente und die hohe Mobilität der feinkörnigen Sedimente ist es wahrscheinlich, dass bestimmte Strecke der Elbe die Ziele der WRRL nicht erreichen.

Zum besseren Verständnis von Transport und Ablagerung von Schwebstoffen und Partikel-gebundenen Schadstoffen wird ein Modell  für die Binnenelbe mit folgenden Zielen entwickelt: (1) Modellierung der Hydrodynamik, der kohäsiven Sediment  und der Sediment-sorbierten Hexachlorobenzene (HCB), (2) Bestimmung der relativen Beiträge verschiedener  Quellen (Nebenflüsse, Buhnenfelder etc.) zur Schadstofffracht, (3) Beschreibung von  Erosion- und Ablagerungsprozessen entlang der Elbe und in Buhnenfeldern, und (4) Bewertung von Szenarien (Maßnahmen, Überschwemmungen).

Dieses Projekt (siehe Moshenberg 2013) konzentriert sich auf den Transport von kohasiven Sedimenten und Hexachlorbenzol (HCB), ein contaminant of concern im Einzugsgebiet der Elbe.  Sedimentgebundene Konzentrationen von HCB übersteigen in nahezu allen Stromabschnitten Umweltqualitatskriterien, und die Flussgebietsgemeinschaft Elbe stellt in ihrem Hintergrundpapier von 2009 fest, dass eine Reduktion der HCB-Fracht um 98 % (gegenüber 2006) nötig wäre, um alle Bewirtschaftungsziele zu erreichen (FGG Elbe, 2009). Um die Transportwege und den langfristigen Verbleib von kohäsiven Sedimenten und sedimentgebundenem HCB besser zu verstehen, wurde ein quasi-2D-Modell entwickelt, welches sowohl eine 1D-Repräsentation der Elbe zwischen Dresden und Magdeburg als auch des Stromgebiets zwischen Torgau und Magdeburg enthält. Das Modell wurde kalibriert und validiert für Hydrodynamic, kohäsive suspendierte Sedimente und sedimentgebundenes HCB. Ein 2D flexibles mesh-Modell deckt die Strecke zwischen Aken und Barby ab und diente der Evaluation der Auswirkung von Buhnenfeldern, insbesondere der Quantifizierung ihrer Auswirkungen auf das Transportverhalten der Sedimente.

BuhnenfelderDie Analyse der Buhnenfelder zeigt, dass diese die Transportzeit von kohäsivem Material und den damit verbundenen sedimentgebundenen Schadstoffen während  durchschnittlicher hydrodynamischer Bedingungen um rund 15% reduzieren. Das quasi-2D-Modell wurde für Simulationen einer Vielzahl von Abflussszenarien eingesetzt, um das Volumen des Sedimentransports und des Transports von sedimentgebundenem HCB auf die Auen der Elbe zwischen Torgau und Magdeburg während der neun Hochwasser, die zwischen 1998 und 2011 den mittleren Hochwasserstand überschritten, zu berechnen. Es werden zahlreiche Hinweise vorgestellt, die darauf schliesen lassen, dass extreme Hochwasser wie die Flut von 2002 langfristige Auswirkungen auf den Sedimenttransport und auf die damit verbundenen Schadstoffbelastungen der Auen haben können.

Eine worst-case-Analyse der Belastungen von Milchkühen und Rindern mit HCB lässt darauf schliesen, dass signifikante, d.h. biologisch relevante Mengen an sedimentgebundenem HCB wahrend Hochwasserereignissen auf die Auen der Elbe gelangen. Angesichts der recht hohen Frequenz der Hochwasser im Einzugsgebiet der Elbe und einer möglichen Zunahme solcher Ereignisse im Zusammenhang mit dem Klimawandel scheint es angeraten, Masnahmen zur ständigen Überwachung von Boden- und Vegetationsbelastung in den Elbeauen und/oder Masnahmen zur Kontrolle der Schadstoffquellen zu evaluieren.

Projektinformation

Gefördert durch: Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz
Laufzeit: 2009-2013
Koordinatoren: Dr. Peter Heininger (BfG), Dr. Daniel Schwandt (BfG), Prof. Susanne Heise
Team Mitglieder: Dr. Kari Moshenberg

Veröffentlichungen

Moshenberg, K. & Heise, S.: HCB Transport in the Elbe River Basin: Assessing Climate-Change Impacts. Poster, HAW

Moshenberg, K., Calmano, W. & Heise, S.: Fate and Transport of Cohesive Sediment and HCB in the Middle Elbe River Basin. Vortrag, EGU, Wien 2014 (Abstract)

Moshenberg, K. (2013): Fate and transport modeling of cohesive sediment and sediment-bound HCB in the middle Elbe river basin / Modellierung des Transports kohäsiver Sedimente und des Verbleibs sedimentgebundenen Hexachlorbenzols (HCB) im Einzugsgebiet der mittleren Elbe. Dissertation an der TU Hamburg Harburg.
http://doku.b.tu-harburg.de/volltexte/2013/1248/pdf/K.Moshenberg_FinalDissertation.pdf