Methoden zur Gewässergütebestimmung

Inhaltsverzeichnis

1 Einführung in das Themengebiet

2 Die Gewässergüteklassen

3 Die Methodengruppen
3.1 Die biologischen Methoden
3.1.1 Der Saprobienindex
3.1.2 Die 10 Punkte Methode nach Zelinka & Marvan
3.1.3 Der Artenfehlbetrag nach Kothé
3.2 Die chemischen Methoden
3.2.1 Grundlagen, Geräte und Bedeutung der chemischen Methoden
3.2.2 Bestimmung und Bedeutung des Sauerstoffgehaltes
3.2.3 Bestimmung und Bedeutung des biologischen Sauerstoffbedarfs
3.2.4 Bestimmung und Bedeutung des chemischen Sauerstoffbedarfs
3.2.5 Bestimmung und Bedeutung des Sdurebindungsvermtigen
3.2.6 Bestimmung und Bedeutung des pH-Wertes
3.2.7 Bestimmung und Bedeutung der Kohlensdure
3.2.8 Bestimmung und Bedeutung von Ammonium undAmmoniak
3.2.9 Bestimmung und Bedeutung von Nitrit und Nitrat
3.3 Die physikalischen Methoden
3.3.1 Bestimmung und Bedeutung der Wassertemperatur
3.3.2 Die Bestimmung der Sichttiefe
3.3.3 Die Ermittlung der absetzbaren Stoffe

4 Fazit

Literaturverzeichnis

1. Einführung in das Themengebiet

Seit den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts sind der Umweltschutz und der nachhaltige Umgang mit der Ressource Natur immer mehr zum offentlichen Anliegen geworden. „Um dem gesetzlichen Auftrag gerecht zu werden, die Gewässer im Interesse des Wohls der Allgemeinheit zu schützen und gleichzeitig die Nutzung durch einzelne zu ermoglichen, ist es neben vielen anderen MaBnahmen erforderlich, die FlieBgewässer zu bewerten"

(FRIEDRICH 1986: 9). Die wichtigsten Methoden um ein Gewässer in eine Güteklasse einzuordnen werden hier mit Ihren Stärken und Schwächen dargestellt.

2. Die Gewässergüteklassen.

„Die Arbeitsgruppe „Gewässergütekarte" der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) hat 1975 als Legende zu einer einheitlichen Gewässergütekarte der Bundesrepublik Deutschland folgende allgemein verständliche Definition für die 4 Güteklassen und ihre Zwischenklassen (somit 7 Stufen) gegeben.

Güteklasse 1: unbelastet bis sehr gering belastet (oligosaprob)

Gewässerabschnitte mit reinem, stets annähernd sauerstoffgesättigtem und nährstoffarmen Wasser; geringer Bakteriengehalt; mäBig dicht besiedelt, vorwiegend von Algen, Moosen, Strudelwürmern und Insektenlarven; Laichgewässer für Edelfische

Güteklasse I-II: gering belastet (oligosabrob/betamesosaprob)

Gewässerabschnitte mit geringer anorganischer oder organischer Nährstoffzufuhr ohne nennenswerte Sauerstoffzehrung; dicht und meist in groBer Artenvielfalt besiedelt.

Güteklasse II: mäßig belastet (beta-mesosaprob)

Gewässerabschnitte mit mäBiger Verunreinigung und guter Sauerstoffversorgung; sehr groBe Artenvielfalt und Individuendichte von Algen, Schnecken, Kleinkrebsen, Insektenlarven; Wasserpflanzenbestände bedecken gröBere Fläche; ertragreiche Fischergewässer.

Güteklasse II-III: kritisch belastet (beta-mesosaprob/alpha-mesosaprob)

Gewässerabschnitte, deren Belastung mit organischen, sauerstoffzehrenden Stoffen einen kritischen Zustand bewirkt; Fischsterben infolge Sauerstoffmangels möglich; Rackgang der Artenzahl bei Makroorganismen; gewisse Arten neigen zu Massenentwicklung; Algen bilden häufig gröBere flächenbedeckende Bestände.

Güteklasse III: Stark verschmutzt (alpha-mesosaprob)

Gewässerabschnitte mit starker organischer, sauerstoffzehrender Verschmutzung und meist niedrigem Sauerstoffgehalt; örtlich Faulschlammablagerungen; flächendeckende Kolonien von fadenförmigen Abwasserbakterien und festsitzenden Wimpertieren übertreffen das Vorkommen von Algen und höheren Pflanzen; nur wenige, gegen Sauerstoffmangel unempfindliche tierische Makroorganismen wie Schwämme, Egel, Wasserasseln, kommen bisweilen massenhaft vor; geringe Fischereierträge; mit periodischen Fischsterben ist zu rechnen.

Güteklasse III- IV: sehr stark verschmutzt (alpha-mesosaprob/polysaprob)

Gewässerabschnitt mit weitgehend eingeschränkten Lebensbedingungen durch sehr starke Verschmutzung mit organischen, sauerstoffzehrenden Stoffen, oft durch toxische Einflasse verstärkt; zeitweilig totaler Sauerstoffschwund; Triibung durch Abwasserschwebstoffe; ausgedehnte Faulschlammablagerungen, durch rote Zuckmackenlarven oder Schlammröhrenwiirmer dicht besiedelt; Rackgang fadenförmiger Abwasserbakterien; Fische nicht auf Dauer und dann nur örtlich begrenzt anzutreffen.

Güteklasse IV: Übermäßig verschmutzt (polysaprob)

Gewässerabschnitte mit ubermäBiger Verschmutzung durch organische sauerstoffzehrende Abwässer; Fäulnisprozesse herrschen vor; Sauerstoff fiber lange Zeiten in sehr niedrigen Konzentrationen vorhandeln oder gänzlich fehlend; Besiedlung vorwiegend durch Bakterien, GeiBeltierchen und freilebende Wimpertierchen; Fische fehlen; bei starker toxikologischer Belastung biologische Verödung" (MAucH 1976: llff).

Bei diesen Klassen wird besonders zwischen Belastung und Verschmutzung unterschieden. „Dahinter steht, dass Belastung generell negativ, aber ggf. noch tragbar ist. Verschmutzung ist dagegen ein untragbarer Zustand, weil er das Gewässer und die potentielle Nutzung schädigt" (FRIEDRICH 1986: 11). Anhand der Klassen ist es möglich jedes Gewässer standardisiert einzuordnen und zu vergleichen. Auch lassen sich so Erfolge des Umweltschutzes, oder Schäden durch Abwässer belegen und kartieren. Die genaue Definition der Güteklassen ist daher von elementarer Bedeutung für den Gewässerschutz. Um ein Gewässer in eine dieser sieben Stufen einzuordnen kommen verschiedene Methoden zum Einsatz, die zum Teil kombiniert werden müssen. Grundsätzlich gilt, dass eine Methode oder ein Wert allein, keine gesicherte und tiefgehende Aussage zulässt. Erst eine genaue Analyse eines Gewässers mit verschiedenen Methoden lässt eine gesicherte Aussage über die Güteklasse und die Gründe für diesen Zustand zu.

3. Die Methodengruppen

Es gibt drei grundsätzlich zu unterscheidende Methodengruppen. Die chemischen Verfahren, die biologischen und die physikalischen Verfahren. Sie unterscheiden sich in Ihrem Ansatz. Die chemischen Verfahren haben zum Ziel genaue Inhaltsstoffe und Konzentrationen im Wasser zu ermitteln. Die biologischen Verfahren basieren auf Empirie. „Die Charakterisierung eines Gewässers durch seine pflanzliche und tierische Besiedlung ist der grundlegende Gedanke der biologischen Gewässeranalyse" (MAUCH 1986: 34). Die physikalischen Methoden beschreiben den Gewässerzustand über Parameter wie Temperatur, Sichttiefe oder Menge der absetzbaren Stoffe. Erst die Betrachtung verschiedener Werte und deren Beurteilung ermoglichen ein klares Erfassen des Gewässers.

So ist zum Beispiel die Sauerstoffaufnahmefähigkeit von Wasser stark von der Temperatur abhängig, d.h. ein chemisch ermittelter Sauerstoffgehalt ist ohne Kenntnisse über die Wassertemperatur nicht aussagekräftig (vgl. BAUR 1987: 81f). Die drei Methodengruppen stehen also nicht in Konkurrenz zueinander, sondern ergänzen sich.

3.1 Die Biologischen Methoden

„Die Verfahren der okologischen Gewässeruntersuchung gehen von der Tatsache aus, dass die Organismengemeinschaft jedes Gewässers seiner okologischen Gesamtsituation entspricht und somit durch die Wasserbeschaffenheit geprägt wird" (ADRIAN 1999: 13). Schon „1853 schrieb Cohn (...) iiber „lebendige Organismen im Trinkwasser" Er unterscheidet (...) Bewohner reinen von denen des fäulnisfähigen Wassers und erkennt, dass die Gärungs- und Infusionstierchen im Trinkwasser nicht an sich schädlich sind sondern Anzeichen dafiir, dass das Wasser(...) eine der Gesundheit nicht zuträgliche Beschaffenheit besitzt. Man kann Cohn als Begriinder der biologischen Gewässeranalyse sehen" (MAUCH 1986: 57). „Aufbauend auf dieser Erkenntnis haben „Kolkwitz und Marsson (...) 1908 und 1909 mit der Veröffentlichung von Listen pflanzlicher und tierischer Saprobien, also biologischer Indikatoren fiir Gewässerverschmutzung den Grundstein fiir das bis heute noch benutzte Saprobiensystem gelegt" (FRIEDRICH 1986: 9f). „(Indikator= griechisch „Anzeiger", Biologie = Lehre vom Lebendigen; also sind „Bio Indikatoren" nichts anderes als lebendige Anzeiger der Gewässergiite)" (BAUR 1987: 23) Also kann man zusammenfassend sagen, dass „die biologische Giitebestimmung (...) anhand des Vorkommens und der Vitalität von Indikatororganismen eine Durchschnitts- und Langzeitaussage" (TONDORF-KRAMER 1989: 135). iiber das untersuchte Gewässer liefert. Die Durchschnitts- und Langzeitaussagekraft beruht auf der Tatsache, dass alle Indikatoren ständig den Umweltbedingungen ausgeliefert sind und sich so auch Riickschliisse auf die bisherigen Bedingungen schlieBen lassen. Diese Methodengruppe findet vornehmlich in der Untersuchung von FlieBgewässern ihre Anwendung, da dort viele und relativ einfach zu bestimmende Indikatoren vorkommen.

3.1.1 Der Saprobienindex

Der Saprobienindex ist das wichtigste Verfahren der biologischen Gewässergüte-bestimmung. Das so genannte Saprobiensytem ist auf empirischem Wege von dem Phänomen der natürlichen Selbstreinigung in Gewässern hergeleitet. Zur Bestimmung des Saprobienindex sind nur einige einfache Hilfsmittel nötig (vgl. Abb. 1). Man benötigt lediglich ein engmaschiges Sieb oder Netz, um Indikatororganismen (vgl. Abb. 2-5) aus dem Gewässer zu fangen, eine helle Schale, in der man die gefundenen Organismen untersucht und bestimmt, eine Lupe, um die Untersuchung zu erleichtern, einige verschlieBbare Gläser, um ggf. Indikatortiere zu konservieren und einige Pinzetten und Pipetten.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Gerätschaften zur Bestimmung des Saprobienindex

Quelle: BAUR 1987: 45

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Steinfliegenlarve, Abbildung 3:

Güteklasse I Wasserassel,

Quelle: Baur 1987: 23 Güteklasse III

Quelle: Baur 1987: 41

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Wasserassel, Güteklasse III

Quelle: Baur 1987: 41

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung. 4: Bachflokrebs, Güteklasse II

Quelle: Baur 1987: 31

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung. 5:

Rattenschwanzlarve, Güteklasse IV

Quelle: Baur 1987: 43

Wichtig bei der Probennahme ist die Auswahl eines repräsentativen Gewässerabschnittes. Dies birgt ein erstes Problem, denn die Auswahl eines Flussabschnittes ist rein subjektiv und oft von einfachen praktischen Bedingungen, wie z.B. der Erreichbarkeit, beeinflusst. Um Indikatortiere zu sammeln empfehlen manche Wissenschaftler, „immer genau 10 Steine von der GröBer einer Faust abzulesen, mit dem Sieb eine bestimmte Menge Bodengrund aufzuschöpfen und eine genau abgemessene Strecke im Pflanzendickicht zu untersuchen. Obwohl solche Empfehlungen durchaus etwas für sich haben, kann ich mich diesen nur bedingt anschlieBen: Je mehr Proben entnommen, je mehr Indikatoren also erfasst werden desto genauer wird das Ergebnis" (BAUR 1987: 45f). Man sollte also ein gesundes Mittel zwischen Untersuchungsaufwand und Probengenauigkeit finden.

Die gefundenen Indikatortiere werden gezählt und auf einem Bogen vermerkt(vgl. Abb. 6). Jedem dieser Organismen ist ein Indikatorwert zugeordnet. 1 steht hier für einen Anzeiger für sauberes Wasser, 4 für stark verschmutztes Wasser. Grundsätzlich gilt, dass kaum ein Indikator in nur genau einer Güteklasse zu finden ist. Die Zuordnung stellt ein Mittel der ökologischen Potenz des Indikatororganismus dar. Da man in fast jedem Gewässer Anzeiger für verschiedene Güteklassen findet, wird die Anzahl der einzelnen Indikatoren mit dem Indikatorwert multipliziert und gemittelt. Der erhaltene Wert stellt ein Zwischenergebnis dar, das je nach Anzahl der gefundenen Arten korrigiert werden muss. Wurden 14 oder mehr Arten gefunden wird der Wert um 0,5 verbessert, bei 11-13 Arten um 0,2. Bei 3-4 gefundenen Arten wird das Ergebnis um 0,2 verschlechtert, bei weniger Arten um 0,5. Werden 5-10 Arten gefunden bleibt das Ergebnis unverändert (vgl. Abb. 6).

Der gewonnene Wert stellt einen Durchschnitts- und Langzeitwert da. Er sagt etwas über die Wasserbeschaffenheit über die gesamte Lebensspanne der gefundenen Organismen aus, dar „die Organismen im Laufe Ihrer Lebens- und Generationszeit den unterschiedlichen Einflüssen ständig ausgesetzt sind und somit diese Einflüsse integrieren" (ADRIAN 1999: 14). So kann man z. B. ausschlieBen, dass ein Gewässer kürzlich von einer Giftwelle beeinflusst wurde, wenn man ältere Tiere mit nur geringem Toleranzbereich gegenüber Giften findet.

Ein weiterer Vorteil dieser Methode ist die sehr einfache und günstige Handhabung. Der groBe Nachteil dieser und aller anderen biologischen Methoden ist, dass es nur rein deskriptive Aussagen zulässt. „Ein weiterer wichtiger Aspekt ist zu nennen dem das Saprobiensystem nicht gerecht werden kann: Die Vielzahl „moderner" Stoffe in den Gewässern. Gemeint sind hier eine Reihe von Schwermetallen, vor allem aber synthetische organische Verbindungen von den Spritzmitteln gegen Insekten und Unkräuter bis hin zu den Organochlorverbindungen aus Chemischen-Reinigungen, die in mehr oder weniger hohen Konzentrationen in den Gewässern vorkommen können. Far diese Stoffe gibt es keine Indikatororganismen, die deren Anwesenheit oder gar bestimmte Konzentrationsbereiche signalisieren. Kommen diese Stoffe in geringen Konzentrationen vor, dann bleibt bei biologischen Gütebeurteilungen auf der Basis des Saprobiensystems deren Anwesenheit meist verborgen. Erst Schadstoffgehalte fiber der letalen Konzentration manifestieren sich im Besiedlungsbild durch den Ausfall einzelner Arten. Längerfristig können sich allerdings auch Schadstoffe im subletalen Bereich, die einzelne physiologische Reaktionen beeinträchtigen (etwa die Reproduktionsrate), durch Individuen und Artenschwund kundtun. Die Anwesenheit von Schadstoffen lässt sich nur auf Grund reduzierter Artendichten vermuten. Die Frage welche Stoffe oder gar in welchen Konzentrationen diese im Gewässer vorhanden sind, kann durch das Saprobiensystem nicht beantwortet werden" (HEuS 1986: 90).

Es ist lediglich moglich die Stelle des Schadstoffeintrags zu ermitteln. Findet man oberhalb eines Abschnittes Organismen mit einer geringen Toleranz, unterhalb aber nicht, besteht kein Zweifel an der Einleitungsstelle. Negativ ins Gewicht fällt, dass eine sichere Erhebung relativ viel Zeit und einen erfahrenen Gewässerkundler benotigen. „Das Sabrobiensystem ist bis heute die

wichtigste Grundlage der

Gewässergatebestimmung geblieben.
Trotz aller berechtigter Kritik hat das Saprobiensystem schon deshalb seinen Platz behauptet, weil es bisher einfach keine annähernd so praktikable und dabei noch zuverlässige Methode der biologischen Gewässergatebestimmung gibt" (Mauch 1976, S9).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Auswertungsbogen

Quelle: Baur 1987: 49

[...]