Chemieprojekt H²O: Gewässeruntersuchung
Gewässerarten:
1. Jossa: Fließgewässer: Bach
2. Weiher Angelverein:
Stehendes Gewässer: Weiher
3. Grundwasser Marjoß
4. stehendes Gewässer:
Naturschutztümpel im Naturerlebnispfad Marjoß
Zur angewandten oder praktischen Limnologie gehören u.a. die
Fischereibiologie sowie auch die Trink-, Brauch- und Abwasserbiologie.
Biologische, physikalische und chemische Gewässeruntersuchungen werden von
MARILIM zur Ermittlung der Gewässergüte durchgeführt. MARILIM liefert außerdem
Problemlösungen und Handlungskonzepte, wenn es z.B. um die Sicherung von
Trinkwasser oder um die Gestaltung und Realisierung von Naturschutzplänen geht.
Um limnische Lebensräume hinsichtlich ihres
Zustandes und ihrer Funktionsfähigkeit zu beurteilen, müssen eine Reihe von
gewässerökologischen Kriterien untersucht werden. Die Gewässergüte kann durch
Untersuchung der biologischen,
chemischen, physikalischen
und ökomorphologischen
Bedingungen bestimmt werden. Die chemischen und physikalischen Meßwerte
ermöglichen allerdings nur Momentaufnahmen, d.h. man dokumentiert z.B. die
Konzentration bestimmter chemischer Substanzen oder physikalischer Größen nur
zum Zeitpunkt der Probenahme. Die biologische und ökomorphologische Gewässergütebestimmung
ermöglichen dagegen auch Aussagen über Beeinträchtigungen, die schon vor
längerer Zeit, z.B. nach einer Abwassereinleitung, stattgefunden haben.
Insgesamt sind aber alle Methoden für die Beurteilung eines Gewässers
unverzichtbar. Daher werden die Ergebnisse der einzelnen Methoden
zusammengefasst und als eine Gewässergüteklasse für das Gewässer wiedergegeben:
Güteklassen
|
I
|
Unbelastet bis sehr gering belastet
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I-II
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Gering belastet
|
II
|
Mäßig belastet
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II-III
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Kritisch belastet
|
III
|
Stark verschmutzt
|
III-IV
|
Sehr stark verschmutzt
|
IV
|
Übermäßig verschmutzt
|
Biologische Gewässeruntersuchung
Die Gewässergütebestimmung bei Fließgewässern (Saprobiensystem)
In der Hauptsache hängt die
Wasserqualtität eines Gewässers, die Gewässergüte, von seinem Gehalt an
abbaubaren organischen Substanzen und anorganischen Substanzen (Nährstoffen)
ab.
Eine hohe Nährstoffkonzentration
fördert die Produktion und Anreicherung von organischen Stoffen im Wasser,
dagegen setzt der Abbau organischer Substanzen Nährstoffe frei.
Zu Beginn des letzten Jahrhunderts fanden KOLKWITZ und
MARSSON heraus, dass sich in belasteten Fließgewässern andere Tierarten
aufhalten, als in den unbelasteten bzw. sauberen Gewässern. Grundlage dieser
Erkenntnis war, dass die Konzentrationen biologisch abbaubarer Substanzen
(fäulnisfähige Substanzen) sowie der Sauerstoffgehalt des Wassers variieren.
Das daraus entwickelte Saprobiensystem (sapros, griech.: faul), mit 4
Güteklassen ( oligo-, beta-meso-, alpha-meso- und polysaprob) sowie 3
Zwischenstufen, wird heute als biologische Methode zur Gewässergütebestimmung
von Fließgewässern von Fischereibiologen, Naturschützern und
Wasserwirtschaftlern verwendet.
Die Einteilung in die verschiedenen Saprobienklassen erfolgt
mittels Identifizierung der vorkommenden Wasserorganismen (Bioindikation), die
entsprechend ihren Bedürfnissen den verschiedenen Saprobiestufen zugeteilt
wurden.
Die Gewässergütebestimmung bei Stillgewässern (Trophiesystem)
Im Gegensatz zu Fließgewässern, in
denen aufgrund der physikalischen Bedingungen der gesamte Wasserkörper homogen
ist, kann es in Standgewässern zur Ausbildung unterschiedlicher Wasserschichten
kommen.
Die einzelnen Schichten
unterscheiden sich hinsichtlich chemischer (z.B. Sauerstoff) und physikalischer
(z.B. Temperatur) Faktoren. Daher kann die Gewässergüte nicht mit den
Bioindikatoren wie im Fließgewässer bestimmt werden. Je nach Probenahmestelle
(z.B. verschiedene Gewässertiefen) hätte man im selben Gewässer zur selben Zeit
unterschiedliche Ergebnisse.
Stehende Gewässer werden deshalb
nicht nach der Intensität der Abbauprozesse (Saprobie) sondern nach der
Intensität der Produktion (Trophie) beurteilt. Da diese von der Konzentration
der Nährstoffe abhängt, die zumeist mit dem Abwasser oder durch die
Landwirtschaft eingetragen werden, kann von der Produktion auf die Belastung
des Gewässers geschlossen werden.
Zur Festlegung des Trophiegrades
werden das Ausmaß der Produktion (Planktonentwicklung), die
Sauerstoffverteilung, die Sichttiefe und der Gewässergrund untersucht. Dies gibt
eine Einteilung in 4 Trophiestufen:
Oligotroph
|
Nährstoffarm
|
Mesotroph
|
Mäßiges Nährstoffangebot
|
Eutroph
|
Nährstoffreich
|
Polytroph
|
Übermäßiges Nährstoffangebot
|
Ökomorphologische Untersuchungen
Es reicht keinesfalls, lediglich
Aussagen über die Saprobie/Trophie zu machen, denn die Binnengewässer sind zwar
ein eigener Landschaftsbereich, stehen jedoch mit den übrigen Bestandteilen der
Landschaft in Wechselbeziehungen. Die Gewässer nehmen durch den Wasser- und
Stoffhaushalt Einfluss auf ihre benachbarten Landschaftselemente (Ortschaften,
Äcker, Wiesen, Wälder usw.) und umgekehrt wirken die terrestrischen Elemente
der Landschaft auch auf die Binnengewässern. Zwischen Wasser und Land findet
eine Vielzahl wechselseitiger Austauschprozesse statt. Daher sind sowohl die
terrestrischen, als auch die aquatischen Lebensräume bei
landschaftsökologischen Untersuchungen gleichberechtigt und keinesfalls
getrennt voneinander zu betrachten.
Es ist daher nicht nur
erforderlich, das Gewässerumfeld zu berücksichtigen, vielmehr erleichtert es
den Einstieg in jede Gewässeruntersuchung, insbesondere um Aussagen
hinsichtlich der Naturnähe und den Ausbauzustand des Gewässers machen zu
können.
Die Naturnähe wird im Rahmen einer
Begehung oder auch Befahrung beurteilt. Dabei wird die Linienführung, die
Sohlenbeschaffenheit, die Breitenvariabilität, die Uferbeschaffenheit sowie der
Gehölzsaum protokolliert und in das Gewässer insgesamt oder abschnittsweise
einer der folgenden Natürlichkeitsklassen zugeordnet:
1
|
natürlicher Zustand
|
1-2
|
naturnaher Zustand
|
2
|
Zustand wenig beeinträchtigt
|
2-3
|
Zustand deutlich beeinträchtigt
|
3
|
Zustand stark beeinträchtigt
|
3-4
|
naturferner Zustand
|
4
|
naturfremder Zustand
|
Erst im Anschluss an diesen
Untersuchungsschritt folgt eine erste Zustandsbewertung des Gewässers selbst.
Chemische Gewässeruntersuchung
Der Vorteil der chemischen Methode
liegt darin, dass exakte Messwerte gefunden werden können. Andererseits gibt
sie auch nur eine Momentaufnahme wieder, lässt also keine Schlüsse auf
vergangene Ereignisse zu.
Der Sauerstoffgehalt gehört zu den
bedeutensten chemischen Faktoren, daher muß er bei jeder Gewässeruntersuchung
bestimmt werden. Er sollte möglichst hoch sein, um den im Gewässer lebenden
Organismen (insbesondere den Fischen) ein optimales Wachstum zu ermöglichen.
Beinahe genauso wichtig ist der pH – Wert des Gewässers.
Zum einen sind viele Organismen
direkt davon abhängig, d.h. sie können nur in einem bestimmten Toleranzbereich
existieren, ohne das sich der pH–Wert negativ auf ihr Wachstum auswirkt.
Des weiteren wirkt er indirekt auf
die Organismen, denn viele chemische Elemente im Gewässer verändern sich, wenn
der pH–Wert sinkt oder steigt. So zum Beispiel Ammonium, das sich ab einem
pH-Wert von 8 in Ammoniak umwandelt, welches für die Fische toxisch ist. Auch
der Kohlensäuregehalt ist vom pH – Wert abhängig:
saurer
Bereich CO2 <--> HCO3 --
<--> H2CO3 basischer
Bereich
Ein Überschuß an Kohlensäure ist
für Fische tödlich.
Zu einer genauen Einschätzung der
Gewässergüte werden noch zahlreiche andere chemische Parameter bestimmt, wie
zum Beispiel der Kalkgehalt, Nitrat- und Phosphatgehalte (Pflanzennährstoffe).
Bei einigen Gewässeruntersuchungen
(z.B. für Trinkwasseranalysen) werden Umweltgifte, wie Schwermetalle,
Insektizide und Herbizide, erfasst, die bereits in kleineren Mengen negative
Auswirkungen auf die Lebensgemeinschaften haben.
Physikalische Gewässeruntersuchung
Die physikalischen Faktoren sind
für die Bestimmung der Gewässergüte genauso wichtig wie die biologischen und
chemischen. Eine starke Bedeutung kommt dabei der Wassertemperatur zu. Viele
Organismen sind in ihrer Lebensentwicklung temperaturabhängig. Zudem hängt von
der Wassertemperatur ab, wie stark die Auf- bzw. Abbauleistungen im Gewässer
sind und auch die Löslichkeit der Gase (O2, CO2) ist
temperaturabhängig.
Die Messung der Sichttiefe gibt
einen Eindruck darüber, wie stark die Trübung des Gewässers ist. Dazu wird eine
weiße Scheibe (secchi-Scheibe) solange in die Tiefe heruntergelassen bis ihre
Ränder gerade verschwinden. Die mit heruntergelassene Leine wird an diesem
Punkt markiert. Mit Ausmessen der Leinenlänge von der Scheibe bis zur
Markierung erhält man die Sichttiefe. Welcher Art diese Trübung ist
(Algenblüte, Abwasserfrachten oder ähnliches) muß vor Ort bestimmt werden.
Ein Faktor der keine direkte
Zuordnung zu Gewässergüteklassen ermöglicht, aber Aussagen über Veränderungen
im Gewässer gibt, ist die elektrische Leitfähigkeit. Sie gibt an wie groß die
Konzentration, der Dissoziationsgrad des Elektrolyten ist. Über Veränderungen
in der Leitfähigkeit lassen sich z.B. versteckte Abwassereinleitungen finden.