MOE-Fellowship

Eszter Toth

Analyse und numerische Simulation von Gewässergüteprozessen unter dem Einfluss von Mischwassereinleitungen

Überläufe aus der Mischwasserkanalisation haben eine bedeutende Einwirkung auf die Gewässerqualität und stellen eines der wichtigsten Managementprobleme in urbanen Fließgewässern dar. Die nachteiligen Wirkungen von Mischwassereinleitungen auf Fließgewässer können hydraulischer, hygienischer und stofflicher Natur sein. Bezüglich der stofflichen Beeinträchtigungen, spielt neben dem toxisch wirkenden Ammoniak die Unterschreitung kritischer Sauerstoffkonzentrationen eine entscheidende Rolle. Sauerstoffdepressionen werden zum einen durch die direkte Einmischung von Mischwasser in die fließende Welle ausgelöst. Zum anderen kann vor allem in langsam fließenden Tieflandgewässern wie der Spree der Abbau von sedimentierten organischen Stoffen eine verzögerte Sauerstoffzehrung aus der Gewässersohle hervorrufen. Werden kritische Sauerstoffkonzentrationen unterschritten, kann es zur Flucht, zu allgemeinen Verhaltensänderungen oder sogar zum Tod von Wasserorganismen kommen. Das Schadenspotential von Mischwasserüberläufen wurde in Deutschland bereits vor 70 Jahren diskutiert. In den 1970er Jahren wurde vermehrt begonnen, mit dem Bau von Speicher- und Absetzbecken auf die Belastung des Gewässers durch Misch- und Regenwassereinleitungen zu reagieren. Die durch die Erhöhung der Speicherkapazitäten in den Kanalnetzen erzielte Reduktion der Gewässerbelastung ist unstrittig und hat einen Anteil an der allgemeinen Verbesserung des Gewässerzustandes. Jedoch wird seit geraumer Zeit darauf hingewiesen, dass die zukünftige Regenwasserbewirtschaftung problemorientierter und wesentlich stärker entsprechend dem ökologischen Nutzen durchgeführt werden muss. Dies soll über immissionsorientierte Bewirtschaftungsansätze erfolgen, die unter anderem eine Begrenzung akuter und chronischer Stoffbelastungen im Gewässer zum Ziel haben.Um die komplexen qualitativen Prozesse in Oberflächengewässern besser zu verstehen und im Rahmen von Szenarienanalysen Voraussagen treffen zu können, wurden sogenannte Gewässergütemodelle entwickelt. Dabei werden die Stoffkreisläufe in den Gewässern unter Berücksichtigung physikalischer (z.B. Mischung, Gasaustausch), geochemischer (z.B. Nährstoff-Rücklösung, Sauerstoffzehrung) und biologischer (z.B. Algenwachstum) Prozesse dargestellt. Mit Hilfe von Gewässergütemodellen können so die qualitativen Prozesse im Gewässer analysiert und problemorientierte Maßnahmen entwickelt werden. Die Analyse und Modellierung von Gewässergüteprozessen helfen die anwesenden Prozesse und ihre Kontrollmöglichkeiten besser zu verstehen und Lösungskonzepte für unterschiedliche Situationen auszuarbeiten. Die Modellierung vom Sauerstoff- und Stickstoffhaushalt ist unter technischem und auch unter wirtschaftlichem Aspekt besonders wichtig, weil die Sauerstoff- und Stickstoffkonzentration einige der wichtigsten Kenngröße für die Beurteilung der Wasserqualität sind. Die Beschreibung des Sauerstoff- und Stickstoffhaushalt erfordert eine komplexe Modellbildung, denn sie sind von vielen Teilprozessen und Parametern der Wasserqualität beeinflusst, währenddessen sie auch voneinander und von den Kreislaufen weiterer Stoffe abhängig sind.Meine erwartete Ergebnisse: Darstellung der relevanten Gewässergüteprozesse zur Beschreibung von Sauerstoff- und Stickstoffhaushalt in der Berliner Stadtspree, basierend auf einer Literaturrecherche; Analyse und Bewertung des Modells QSIM (Gewässergütemodell der Bundesanstalt für Gewässerkunde) hinsichtlich der Simulation von Gewässergüteprozessen unter dem Einfluss von Mischwassereinleitungen; kalibriertes und validiertes Modell der Berliner Stadtspree zur Identifikation und Bewertung von ökologisch kritischen Gewässerzuständen und Planung von Bewirtschaftungsmaßnahmen.