Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II Vorlesung 5-1 Themen Biologische Gewässergüte (Saprobie) Gewässergüteklassen Historische Güteklassen und Güteklassen gemäß EG-WRRL (fließgewässertypen-abhängige Klassen)

Lehrziele der Veranstaltung erschaffen bewerten analysieren anwenden Sie formulieren allgemeinverständlich Zusammenhänge zwischen den aktuellen Fließgewässertypen und der biologischen Gewässergüte. verstehen … und erklären allgemeinverständlich das grundlegende Prinzip der biologischen Gewässergüte. erinnern Sie kennen die Parameter für die Einteilung der Gewässergüte …

Biologische Gewässergüte = Saprobie Die Saprobie kennzeichnet ausschließlich die biologische Gewässergüte von Fließgewässern anhand von Indikatororganismen. Bei den Indikatororganismen handelt es sich um Organismen des Gewässerbodens (Bakterien, Pilze, Einzeller, Würme, Kleinkrebse bzw. Insektenlarven), die als Saprobionten bezeichnet werden. Anhand des Wertes der Saprobie lässt sich ein Rückschluss auf die Belastung des Gewässers mit organischen, biologisch abbaubaren Stoffen ziehen. Die Saprobionten unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Ernährungsweise und in dem Maß, wie viel Sauerstoff sie für den Stoffwechsel benötigen. Anmerkung: Das System wurde bereits 1902 von Kolkwitz und Marsson eingeführt und seitdem weiter entwickelt

Biologische Gewässergüte: was zeigt sie nicht an? Die biologische Gewässergüte sagt nichts aus über folgende Gewässerbelastungen: Toxische Stoffe (z.B. Schwermetalle oder Pestizide) Temperaturzunahmen Gewässerausbau und Gewässerbegradigung („strukturelle Degradation“) Veränderung der natürlichen hydraulischen Verhältnisse (im Niedrigwasser- und Hochwasserbereich)

Saprobionten Die Abbildung zeigt einige der Indikatororganismen sowie die Zuordnung zu der resultierenden Güteklasse Bildzitat: LUA NRW

Begriffsbestimmungen Makrozoobenthos: Als Makrozoobenthos werden die großen, mit bloßem Auge erkennbaren wirbellosen Tiere, die auf der Fließgewässersohle leben, bezeichnet. Makrophyten: Unter Makrophyten werden die höheren Wasserpflanzen zusammengefasst. Nicht eingeschlossen sind die Algen. Bei Makrophyten wird unterschieden zwischen Pflanzen, die unter Wasser wachsen (submerse Makrophyten) und Pflanzen, die über Wasser wachsen (emerse Makrophyten).

Begriffsbestimmungen Taxon: Als Taxon wird eine Zusammenfassung von Arten bezeichnet, die eine geordnete verwandschaftliche Beziehung aufweisen. In der Hydrologie wird im Regelfall der Begriff Taxa verwendet, der die Mehrzahl von Taxon darstellt. Art: Als Art wird die Gesamtheit von Pflanzen und Tieren bezeichnet, die hinsichtlich ihrer wesentlichen Merkmale übereinstimmen und sich untereinander kreuzen. Der Begriff Art ist das oberste Ordnungskriterium für die Klassifikation von Pflanzen und Tieren.

Begriffsbestimmungen rheophile Organismen: Als rheophil werden diejenigen Organismen klassifiziert, die sich speziell an die Lebensweise in Biotopen mit (schnell) strömendem Wasser angepaßt haben. limnophile Organismen: Diejenigen Organismen, die Lebensräume mit stehendem Wasser (Seen) bzw. langsamer Fließgeschwindigkeit bevorzugen.

Begriffsbestimmungen stenöke Organismen: Als stenök werden diejenigen Organismen bezeichnet, die ganz bestimmte, sehr eng begrenzte Ansprüche an die Bedingungen ihrer Lebensräume stellen und nur innerhalb dieses schmalen Korridors leben können. Als Parameter für die Kennzeichnung der Lebensraumbedingung kann z.B. die Temperatur (stenotherm) oder das Nahrungsangebot (stenophag) verwendet werden. euryöke Organismen: Im Gegensatz zu den stenöken sind euryöke Organismen in der Lage, sich an eine große Spannbreite bzw. eine große Schwankung von Lebensraumbedingungen anzupassen. Diese Organismen sind nicht auf einzelne Ökosysteme spezialisiert, sondern finden ihre Habitate in unterschiedlichen Bereichen. Der Begriff ist aus dem Griechischen abgeleitet; eury = breit bzw. weit und oikos = Haus

Gewässergüteklassen Die Fließgewässer werden nach den unterschiedlichen Saprobionten untersucht und deren Häufigkeit ermittelt. Aus der Häufigkeit und einem speziellen Saprobienwert wird dann der Saprobienindex berechnet. Dieser Index der Gewässergüte wird in vier Klassen mit drei Zwischenstufen unterteilt: unbelastet bis sehr gering belastet => Güteklasse I gering belastet => Güteklasse I – II mäßig belastet => Güteklasse II kritisch belastet => Güteklasse II – III stark verschmutzt => Güteklasse III sehr stark verschmutzt => Güteklasse III – IV übermäßig verschmutzt bis verödet => Güteklasse IV Gute Abbildung dazu unter: http://www.weg.hdh.bw.schule.de/neuweg/kurs_b/kl11/kl11wasser/gewkl.html

Zusammenhang Saprobie und Sauerstoffsättigung Biologische Gewässergüte Sauerstoffsättigung I I-II II II-III III III-IV IV IV-V V

Historische biologische Gewässergütezustände 1975 1980 1985 Bildzitate: BMUB

Historische biologische Gewässergütezustände 1990 1995 2000 Bildzitate: BMUB / LAWA

Gewässergüte NRW anno 1969 Bildzitat: MKUNLV

Gewässergüte NRW anno 1999 Bildzitat: LUA NRW

Gewässergüteklassen und Saprobienindizes Die Tabelle beinhaltet die historische Einteilung des Saprobienindex, der NICHT abhängig vom Fließgewässertyp war. Aktuell gelten Referenzzustände, die auf die jeweiligen Fließ-gewässertypen ausgelegt sind. Güte- klasse Belastung Saprobienindex Farbe I oligosaprob 1,0 – 1,5 I-II oligosaprob - betamesosaprob 1,5 – 1,8 II beta-mesosaprob 1,8 – 2,3 II-III alpha – 2,3 – 2,7 III alpha-mesosaprob 2,7 – 3,2 III-IV - polysaprob 3,2 – 3,6 IV polysaprob 3,6 – 4,0

Kenngrößen Gewässergüteklassen I & I-II Kurzbeschreibung Farbe I unbelastet bis sehr gering belastet sehr klares Wasser, sehr nährstoffarm Sauerstoffsättigung (über 8 mg/l) mäßige Besiedlung, hohe Saprobienzahl BSB5 ca. 1mg/l I-II gering belastet klares Wasser, nährstoffarm Sauerstoffgehalt hoch (~8 mg/l) dichtere Besiedlung, hohe Saprobienzahl BSB5 ca. 1,0 – 2,0 mg/l, Ammonium bis 0,1 mg/l

Kenngrößen Gewässergüteklassen II & II - III Kurzbeschreibung Farbe II mäßig belastet selten getrübtes Wasser, nährstoffreich gute Sauerstoffversorgung, Sauerstoffgehalt ~ 6 mg/l Große Artenvielfalt (Algen, Schnecken, Kleinkrebse, Insektenlarven), dichte Besiedlung, hohe Saprobienzahl BSB5 ca. 2,0 – 6,0 mg/l, Ammonium bis 0,3 mg/l II-III kritisch belastet oft getrübtes Wasser, nährstoffreich örtlich begrenzt Faulschlamm auf Untergrund Sauerstoffsättigung teilweise kleiner 50%, Sauerstoffgehalt ~4mg/l Massenentwicklung von Algen, sehr dichte Besiedlung, geringere Saprobienzahl BSB5 ca. 5,0 – 10,0 mg/l, Ammonium bis 1,0 mg/l

Kenngrößen Gewässergüteklasse III Kurzbeschreibung Farbe III stark verschmutzt häufig getrübtes Wasser, sehr nährstoffreich Örtlich Ablagerungen von Faulschlamm und fadenförmigen Abwasserbakterien Sauerstoffmangel (~2 mg/l) Besiedlung mit Schwämmen, Egeln, Wimpertierchen und Wasserasseln, sehr geringe Saprobienzahl periodisches Fischsterben BSB5 ca. 7,0 – 13,0 mg/l, Ammonium >> 1,0 mg/l

Kenngrößen Gewässergüteklasse III - IV Kurzbeschreibung Farbe III-IV sehr stark verschmutzt stark getrübtes Wasser, sehr nährstoffreich häufig flächendeckend schwarzer Faulschlamm sehr sauerstoffarm, teilweise totaler Sauerstoffschwund massenhaftes Auftreten von Zuckmückenlarven und Schlammröhrenwürmer, Trübung durch Abwasserschwebstoffe, Faulschlammablagerungen BSB5 ca. 10,0 – 20,0 mg/l, Ammonium >> 1,0 mg/l, oft zusätzlich toxische Stoffe vorhanden

Kenngrößen Gewässergüteklasse IV Kurzbeschreibung Farbe IV übermäßig verschmutzt sehr stark getrübtes Wasser, sehr nährstoffreich flächendeckend schwarzer Faulschlamm Sauerstoffgehalt gegen 0 mg/l massenhaft Bakterien, Abwasserpilze und Geißeltierchen, zeitweilige biologische Verödung. keine Fische BSB5 > 15,0 mg/l, Ammonium >> 1,0 mg/l, oft zusätzlich toxische Stoffe vorhanden

Saprobie: Anpassung und Verbesserung durch Einführung der EG-WRRL Mit der Einführung der EG-WRRL wurde eine Anpassung und Verbesserung der ursprünglichen Saprobie notwendig. Dabei wurden in Bezug auf die Ziele der Wasserrahmenrichtlinie saprobielle Leitbilder definiert und das Saprobiensystem gewässertyp-spezifisch angepasst. Die neuen fünf „saprobiellen Qualitätsklassen“ sollen den von der Wasserrahmenrichtlinie geforderten ökologischen Zustandsklassen „sehr gut“, „gut“, „mäßig“, „unbefriedigend“ und „schlecht“ aus saprobiologischer Sicht entsprechen. Im Jahr 2003 entstand im Auftrag des UBA ein Vorschlag zur „Entwicklung eines leitbildorientierten Saprobienindexes für die biologische Fließgewässerbewertung“, das folgende Zuordnung vorsah: sehr guter Zustand: <= 5% Abweichung vom Leitbild guter Zustand: > 5% - <= 25% Abweichung vom Leitbild mäßiger Zustand: > 25% - <= 50% Abweichung vom Leitbild unbefriedigender Zustand: > 50% - <= 75% Abweichung vom Leitbild schlechter Zustand: > 75% Abweichung vom Leitbild

Fließgewässertypen und saprobielle Referenzen Typ-Nr. Typ-Bezeichnung (potenzieller biozönotischer Typ) Saprobielle Referenzbereiche 11 Organisch geprägte Bäche der Sander und sandigen Aufschüttungen < 1,45 - 1,60 12 Organisch geprägte Flüsse der Sander und sandigen Aufschüttungen keine Daten 13 Sandgeprägte, altglaziale Bäche des Sander und sandigen Aufschüttungen < 1,55 - 1,70 14 Sandgeprägte, alt- und jungglaziale Bäche des Sander und sandigen Aufschüttungen < 1,55 - 1,70 15 Sandgeprägte, alt- und jungglaziale Flüsse der Sander und sandigen Aufschüttungen < 1,75 - 1,90 16 Kiesgeprägte Bäche der Moränen, Flussterrassen und Verwitterungsgebiete < 1,25 - 1,40 17 Kiesgeprägte Flüsse der Moränen, Flussterrassen und Verwitterungsgebiete 18 Löss-lehmgeprägte Bäche der Börden 19 Kies-, Sand und z.T. organisch geprägte Niederungsbäche 20 Sand- und kiesgeprägte Ströme mit breiten Auen (Unterläufe Elbe, Weser, Oder, Rhein) < 1,85 - 2,00 Bildzitat: Sommerhäuser Schuhmacher; ecomed

Saprobie für Fließgewässertypen des Tieflands 1,0 1,5 1,8 2,3 2,7 3,2 3,6 4,0 sandgeprägte Tieflandbäche Typ 14 sand- und lehmgeprägte Tieflandflüsse Typ 15 große Sand- und lehmgeprägte Tieflandflüsse Typ 15_g kiesgeprägte Tieflandbäche Typ 16 kiesgeprägte Tieflandflüsse Typ 17 löss-lehmgeprägte Tieflandbäche Typ 18 sandgeprägte Ströme Typ 20

Saprobie für Fließgewässertypen der Mittelgebirge 1,0 1,5 1,8 2,3 2,7 3,2 3,6 4,0 grobmaterialreiche, silikatische Mittelgebirgsbäche Typ 5 feinmaterialreiche, silikatische Mittelgebirgsbäche Typ 5.1 feinmaterialreiche, karbonatische Mittelgebirgsbäche Typ 6 grobmaterialreiche, karbonatische Mittelgebirgsbäche Typ 7 silikatreiche, Fein-Grobmaterialreiche Mittelgebirgsflüsse Typ 9 karbonatische, Fein-Grobmaterialreiche Mittelgebirgsflüsse Typ 9.1 große Flüsse des Mittelgebirges Typ 9.2 kiesgeprägte Ströme Typ 10

Saprobie für Ökoregion unabhängige Fließgewässertypen 1,0 1,5 1,8 2,3 2,7 3,2 3,6 4,0 Organisch geprägte Bäche Typ 11 Organisch geprägte Flüsse Typ 12 Kleine Niederungsfließgewässer in Fluss- & Stromtälern Typ 19

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