Vorlesung Wasserwirtschaft Hydrologie II Vorlesung 5 1 Themen

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 … Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

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 Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

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) Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Saprobionten Die Abbildung zeigt einige der Indikatororganismen sowie die Zuordnung zu der resultierenden Güteklasse Bildzitat: LUA NRW Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

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). Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

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. Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

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. Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

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 Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

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 mäßig belastet kritisch belastet stark verschmutzt sehr stark verschmutzt übermäßig verschmutzt bis verödet Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken => => Güteklasse I – II Güteklasse II – III Güteklasse III – IV Güteklasse IV

Zusammenhang Saprobie und Sauerstoffsättigung Biologische Gewässergüte I I-II II II-III III-IV IV IV-V V Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken Sauerstoffsättigung

Historische biologische Gewässergütezustände 1975 1980 1985 Bildzitate: BMUB Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Historische biologische Gewässergütezustände 1990 1995 2000 Bildzitate: BMUB / LAWA Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Gewässergüte NRW anno 1969 Bildzitat: MKUNLV Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Gewässergüte NRW anno 1999 Bildzitat: LUA NRW Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Gewässergüteklassen und Saprobienindizes Die Tabelle beinhaltet die historische Einteilung des Saprobienindex, der NICHT abhängig vom Fließgewässertyp war. Aktuell gelten Referenzzustände, die auf die jeweiligen Fließgewässertypen ausgelegt sind. Güteklasse I Belastung Saprobienindex oligosaprob 1, 0 – 1, 5 I-II oligosaprob betamesosaprob 1, 5 – 1, 8 II beta-mesosaprob 1, 8 – 2, 3 II-III alpha – beta-mesosaprob 2, 3 – 2, 7 III alpha-mesosaprob 2, 7 – 3, 2 III-IV alpha-mesosaprob - polysaprob 3, 2 – 3, 6 polysaprob 3, 6 – 4, 0 IV Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken Farbe

Kenngrößen Gewässergüteklassen I & I-II Güte klasse Kurzbeschreibung I • • • unbelastet bis sehr gering belastet sehr klares Wasser, sehr nährstoffarm Sauerstoffsättigung (über 8 mg/l) mäßige Besiedlung, hohe Saprobienzahl BSB 5 ca. 1 mg/l I-II • • • gering belastet klares Wasser, nährstoffarm Sauerstoffgehalt hoch (~8 mg/l) dichtere Besiedlung, hohe Saprobienzahl BSB 5 ca. 1, 0 – 2, 0 mg/l, Ammonium bis 0, 1 mg/l Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken Farbe

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

Kenngrößen Gewässergüteklasse III Güte klasse III Kurzbeschreibung • 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 • BSB 5 ca. 7, 0 – 13, 0 mg/l, Ammonium >> 1, 0 mg/l Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken Farbe

Kenngrößen Gewässergüteklasse III - IV Güte klasse III-IV Kurzbeschreibung • • • 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 • BSB 5 ca. 10, 0 – 20, 0 mg/l, Ammonium >> 1, 0 mg/l, oft zusätzlich toxische Stoffe vorhanden Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken Farbe

Kenngrößen Gewässergüteklasse IV Güte klasse IV Kurzbeschreibung • • • 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 • BSB 5 > 15, 0 mg/l, Ammonium >> 1, 0 mg/l, oft zusätzlich toxische Stoffe vorhanden Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken Farbe

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“, „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: mäßiger Zustand: unbefriedigender Zustand: schlechter Zustand: <= 5% Abweichung vom Leitbild > 5% - <= 25% Abweichung vom Leitbild > 25% - <= 50% Abweichung vom Leitbild > 50% - <= 75% Abweichung vom Leitbild > 75% Abweichung vom Leitbild Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Fließgewässertypen und saprobielle Referenzen Saprobielle Referenzbereiche Typ-Nr. Typ-Bezeichnung (potenzieller biozönotischer Typ) 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 < 1, 55 - 1, 70 18 Löss-lehmgeprägte Bäche der Börden < 1, 75 - 1, 90 19 Kies-, Sand und z. T. organisch geprägte Niederungsbäche < 1, 75 - 1, 90 20 Sand- und kiesgeprägte Ströme mit breiten Auen (Unterläufe Elbe, Weser, Oder, Rhein) Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken < 1, 85 - 2, 00 Bildzitat: Sommerhäuser Schuhmacher; ecomed

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 Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken 4, 0 3, 6 3, 2 2, 7 2, 3 1, 8 1, 5 1, 0 Saprobie für Fließgewässertypen des Tieflands

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 Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken 4, 0 3, 6 3, 2 2, 7 2, 3 1, 8 1, 5 1, 0 Saprobie für Fließgewässertypen der Mittelgebirge

Organisch geprägte Bäche Typ 11 Organisch geprägte Flüsse Typ 12 Kleine Niederungsfließgewässer in Fluss- & Stromtälern Typ 19 Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 5. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken 4, 0 3, 6 3, 2 2, 7 2, 3 1, 8 1, 5 1, 0 Saprobie für Ökoregion unabhängige Fließgewässertypen

Creative Commons Lizenz 4. 0 Dieses Material steht unter der Creative Commons-Lizenz “Namensnennung 4. 0 international” Erlaubt sind: Share — copy and redistribute the material in any medium or format Adapt — remix, transform, and build upon the material for any purpose, even commercially Um eine Kopie dieser Lizenz zu sehen, besuchen Sie https: //creativecommons. org/licenses/by/4. 0/ Zitierhinweis: Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken RWTH Aachen University Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II | 1. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken