Die Stehgewässer (Seen) stellen, im Gegensatz zu Fließgewässern, ein geschlossenes Ökosystem dar und sind durch ein vergleichsweise großes Gesamtwasservolumen mit langen Wasseraufenthaltszeiten gekennzeichnet. Je nach der Entstehung des Sees spricht man von künstlich angelegten Seen (Abgrabungsseen, bzw. Baggerseen) oder natürlich entstandenen Seen. Ein See umfasst grundsätzlich die Freiwasserzone (Pelagial) und die Bodenzone (Benthal). Das Pelagial umfasst eine obere, durchlichtete trophogene Zone (Epilimnion), eine Sprungschicht mit einem Temperaturgradienten (Metalimnion), und eine untere tropholytische Wasserschicht (Hypolimnion). Das Benthal lässt sich wiederum in eine durchlichtete Uferzone (Litoral) und eine Tiefenzone (Profundal) unterteilen. Diese Zonen stellen Lebensräume für die unterschiedlichen Biozönosen des Sees dar und sind geprägt von verschiedenen abiotischen Faktoren (Wassertemperatur, pH-Wert, Lichtverfügbarkeit, Nährstoffe, Sauerstoff). Dem Lebensraum entsprechend lassen sich die Lebewesen des Ökosystems See in folgende Kategorien unterteilen: Plankton, Nekton, Neuston/ Pleuston und Benthos. Die autochthone Primärproduktion eines Sees umfasst in erster Linie die photoautotrophe Produktion des Phytoplanktons im Pelagial und der Makrophyten, des Phytobenthos und des Periphytons im Benthal. Im Nahrungsnetz der Ökosystems See schließen sich die Primär- und Sekundärkonsumenten an (z.B. im Pelagial vorkommende Fische und Insektenarten, benthische Makrozoobenthosarten). Tiefere Seen sind in der Regel dimiktisch, das heißt der Wasserkörper unterliegt zweimal im Jahr einer Zirkulation (Frühjahres- und Herbstzirkulation). In Abhängigkeit der Jahreszeit ändert sich die Temperatur des Sees. Im Winter kommt es aufgrund der Dichteanomalie des Wassers zu einer sehr kalten, zum Teil eisbedeckten oberflächennahen Schicht und einer wärmeren, tieferen Schicht von 4 °C am Grund des Sees. Damit ist das Überleben der Fische in den tieferen Wasserschichten des Sees im Winter sichergestellt. Im Frühling setzt eine Frühjahrszirkulation ein und die beiden Wasserschichten mischen sich. Nach der Vollzirkulation hat der See eine konstante Wassertemperatur und ähnliche Sauerstoff- und Nährstoffverhältnisse. Während der Sommerstagnation erwärmt sich das Oberflächenwasser auf über 20 °C, während das Wasser in den tieferen Schichten des Hypolimnions kälter ist. Die im Herbst einsetzenden Stürme führen erneut zu einer Herbstzirkulation und die beiden Wasserschichten durchmischen sich. Ein Team des LANUV bei der Seeuntersuchung, Foto: LANUV/FB 55 Das LANUV NRW – hier der Fachbereich 55 „Ökologie der Oberflächengewässer“ - führt regelmäßig biologische Untersuchungen in 23 Seen und 24 Talsperren mit einer Fläche von mehr als 50 ha durch. Die Seen in NRW sind bis auf 2 natürlich entstandene Altarme des Rheins (Altrhein Bienen-Prast und Altrhein Xanten) durch Menschenhand geschaffene Abgrabungsseen der Kies- und Sandindustrie oder des Braunkohletagebaus und damit gemäß Terminologie der WRRL künstliche Gewässer. Talsperren sind aufgestaute und damit erheblich veränderte Fließgewässer, die mit ihren limnischen Eigenschaften stehenden Gewässern am ähnlichsten sind. Grundlage für diese Gewässeruntersuchungen ist die im Jahr 2000 beschlossene Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) die in Deutschland rechtlich durch die Novellierung des Wasserhaushaltsgesetzes (WHG) und durch die Oberflächengewässerverordnung (OGewV 2011, 2016) umgesetzt ist. Nach diesen Regelungen soll der gute Gewässerzustand erhalten bleiben und – wo dies nicht mehr der Fall ist – soll schrittweise spätestens bis zum Jahr 2027 der gute Zustand erreicht werden. Erheblich veränderte und künstliche Gewässer müssen das gute ökologische Potenzial erreichen. Foto: LANUV/FB 55 Foto: LANUV/FB 55 Gewässerüberwachung Die Untersuchung und Bewertung der Flora und Fauna liefert wesentliche Grundlagen z.B. zum Erhalt und zur Verbesserung der Artenvielfalt, des Gewässerschutzes und des Erholungs- und Freizeitwertes der Seen und Talsperren in NRW. Tiere und Pflanzen sind wichtige Bioindikatoren. In der Zusammensetzung der Arten und der Häufigkeit ihres Vorkommens spiegeln diese Organismen die Lebensbedingungen über einen längeren Zeitraum wider und geben Auskunft über eine längerfristige Belastungssituation. Chemische Analysen beschreiben lediglich eine Momentaufnahme. Für die Stehgewässer ist das Phytoplankton die wichtigste biologische Qualitätskomponente. Biologische Qualitätskomponenten
Das Projekt "Der Wasseraustausch im Tidebecken Hoernum-Tief" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie durchgeführt. Auf drei Messprofilen zwischen den Inseln Sylt und Amrum, Amrum und Foehr, sowie zwischen der Insel Foehr und dem Festland wurden im Fruehjahr und Herbst 1996 jeweils fuer 8 Wochen Stroemungen, Seegang, Truebung und Wasserstand gemessen. Hierbei wurden die Messreihen teilweise durch Blockierung der Geraete durch Treibgut (Seetang, Plastik etc.) und durch Geraeteverluste waehrend zwei schwerer Stuerme unterbrochen. Der Wasseraustausch zwischen dem Tidebecken und der Nordsee findet primaer zwischen Sylt und Amrum statt. Die mittleren Wassertransporte liegen dort zwischen 400 und 500 x 10 hoch 6 m3/Tide, entlang den anderen Profilen sind sie um 1-2 Groessenordnungen kleiner. Im noerdlichen Teil des Profils sind die Ebbestromgeschwindigkeiten (max. 1,3 m/s) merklich hoeher als die Flutstromgeschwindigkeiten, waehrend im suedlichen Teil der Flutstrom ueberwiegt (max. 1,8 m/s). Dabei ist die Ebbestromdauer deutlich laenger als die Flutstromdauer. Das auffaelligste Merkmal des Seegangs im Hoernum-Tief ist seine Veraenderlichkeit bezueglich Hoehe und Richtung als Folge der tidebedingten Wasserstandsschwankungen. Die maximale signifikante Wellenhoehe auf dem Profil Sylt-Amrum betrug 2 m. Grundsaetzlich betraegt die Wellenenergie suedlich von Sylt nur noch einen Bruchteil der Wellenenergie im offenen Seegebiet westlich von Sylt. Die Verteilungsmuster der Schwebstoffe werden massgeblich durch den Tidestrom verursacht. Der hiermit verbundene Sedimenttransport wird von ebenfalls tidebedingten aber kuerzer-periodischen Sedimentations- und Resuspensionsprozessen ueberlagert.
Das Projekt "Limnologische Untersuchungen der Baggerseen Haltern Ost und Haltern West" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Wasserforschung GmbH durchgeführt. Veranlassung: Die Förderung von Kiesen und Sanden in Kiesgruben oder Baggerseen hat eine drastische Veränderung des Landschaftsbildes zur Folge. Die Ausbildung neuer Seen- und Freizeitgebiete wird hierbei im allgemeinen eher als positiver Effekt gewertet. Aufgrund des Förderbetriebs kann es jedoch zu Veränderungen der Wassergüte der betroffenen Oberflächengewässer und zu einer Beeinträchtigung des abstromigen Grundwassers kommen. Um mögliche zeitliche Veränderungen der Gewässergüte - etwa durch Freisetzung von Pflanzennährstoffen (Eutrophierung) - erfassen zu können, findet eine regelmäßige limnologische Überwachung der Baggerseen Haltern Ost und West statt, die von der Quarzwerke Haltern GmbH für die Förderung von Sand genutzt werden. Parallel werden das zu- und abfließende Grundwasser an den beiden Seen untersucht, um eine Beeinflussung des unterirdischen Wassers durch die bis zu 30 m tiefen Seen erkennen und bewerten zu können. Diese Untersuchungen finden seit 1982 im zweijährigen Abstand statt. Vorgehen: Die Probenahmen erfolgen jeweils am Ende der Sommerperiode, wenn die Herbstzirkulation, die eine Vermischung des Wassers bis in tiefe Schichten bedingt, noch nicht eingesetzt hat. Zu diesem Zeitpunkt muss die Belastung der Seen mit Nährstoffen saisonal bedingt als am höchsten eingeschätzt werden. Für die Beurteilung des limnologischen Zustandes der beiden Baggerseen und der Grundwasserbeschaffenheit in dem jeweils zu- und abfließenden Grundwasserstrom werden die in einer Tabelle aufgeführten Parameter bestimmt. Ergebnisse: Beide Baggerseen können aufgrund ihrer Nitrat- und Phosphatgehalte sowie der Planktondichte und -zusammensetzung als mesotrophe, wenig belastete Gewässer klassifiziert werden. Die Sprungschicht liegt etwa in 6-10 m Tiefe. Auch die tieferen Schichten im Hypolimnion der Seen weisen noch eine gute Versorgung mit Sauerstoff auf. Im See West ist es seit 1982 durch den Förderbetrieb sogar eher zu einer Erhöhung des Sauerstoffgehaltes im Hypolimnion gekommen. Das zulaufende Grundwasser für diesen See zeichnet sich durch einen niedrigen pH-Wert, hohe Nitratwerte und einen hohen Gehalt biologisch schwer abbaubarer Kohlenstoffverbindungen aus. Nach dem Durchtritt durch den See West liegen im ablaufenden Grundwasser dagegen verbesserte Bedingungen mit niedrigen DOC- und Nitratwerten vor. Hier treten jedoch zum Teil sehr niedrige Sauerstoffgehalte auf, was auf biologische Abbauprozesse während der Passage durch den See schließen lässt. Die Situation sowohl in den Baggerseen als auch im Grundwasserbereich kann trotz leichter Schwankungen im Nährstoff- und Sauerstoffgehalt seit Beginn der Messungen in den letzten Jahren als stabil angesehen werden. Teilweise hat sogar eine Verbesserung, insbesondere der Sauerstoffsituation in den Seen stattgefunden.
Das Projekt "Limnologische Untersuchungen von Seen für die Förderung von Quarzsanden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Wasserforschung GmbH durchgeführt. Veranlassung: Die Förderung von Kiesen und Sanden in Kiesgruben oder Baggerseen hat eine drastische Veränderung des Landschaftsbildes zur Folge. Die Ausbildung neuer Seen- und Freizeitgebiete wird hierbei im Allgemeinen eher als positiver Effekt gewertet. Aufgrund des Förderbetriebs kann es jedoch zu Veränderungen der Wassergüte der betroffenen Oberflächengewässer und zu einer Beeinträchtigung des abstromigen Grundwassers kommen. Um mögliche zeitliche Veränderungen der Gewässergüte - etwa durch Freisetzung von Pflanzennährstoffen (Eutrophierung) - erfassen zu können, findet eine regelmäßige limnologische Überwachung zweier Baggerseen statt, die von der Quarzwerke Haltern GmbH für die Förderung von Sand genutzt werden. Parallel werden das zu- und abfließende Grundwasser an den beiden Seen untersucht, um eine Beeinflussung des unterirdischen Wassers durch die bis zu 30 m tiefen Seen erkennen und bewerten zu können. Diese Untersuchungen finden seit 1982 im zweijährigen Abstand statt. Vorgehen: Die Probennahmen erfolgen jeweils am Ende der Sommerperiode, wenn die Herbstzirkulation, die eine Vermischung des Wassers bis in tiefe Schichten bedingt, noch nicht eingesetzt hat. Zu diesem Zeitpunkt muss die Belastung der Seen saisonal bedingt als am höchsten eingeschätzt werden. Für die Beurteilung des limnologischen Zustandes der beiden Baggerseen und der Grundwasserbeschaffenheit in dem jeweils zu- und abfließenden Grundwasserstrom werden die in einer Tabelle aufgeführten Parameter bestimmt. Ergebnisse: Beide Baggerseen können aufgrund ihrer Nitrat- und Phosphatgehalte sowie der Planktondichte und -zusammensetzung als mesotrophe, wenig belastete Gewässer klassifiziert werden. Die Sprungschicht liegt etwa in 6-10 m Tiefe. Auch die tieferen Schichten im Hypolimnion der Seen weisen noch eine gute Versorgung mit Sauerstoff auf. Im See West ist es seit 1982 durch den Förderbetrieb sogar eher zu einer Erhöhung des Sauerstoffgehaltes im Hypolimnion gekommen. Qualitative Planktonanalysen weisen beide Gewässer als oligo- bis mesotoph (Gewässergüte II) aus. Das zulaufende Grundwasser für diesen See zeichnet sich durch einen niedrigen pH-Wert, hohe Nitratwerte und einen hohen Gehalt biologisch schwer abbaubarer Kohlenstoffverbindungen aus. Nach dem Durchtritt durch den See West liegen im ablaufenden Grundwasser dagegen verbesserte Bedingungen mit niedrigen DOC- und Nitratwerten vor. Hier treten jedoch zum Teil sehr niedrige Sauerstoffgehalte auf, was auf biologische Abbauprozesse während der Passage durch den See schließen lässt. Die Situation sowohl in den Baggerseen als auch im Grundwasserbereich kann trotz leichter Schwankungen im Nährstoff- und Sauerstoffgehalt seit Beginn der Messungen in den letzten Jahren als stabil angesehen werden. Teilweise hat sogar eine Verbesserung, insbesondere der Sauerstoffsituation in den Seen stattgefunden.
Das Projekt "Untersuchungen zur Zirkulations- und Ausgasungsfällung von Calcit mit Phosphor-Kopräzipitation am Beispiel des Willersinnweihers in Ludwigshafen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Geographisches Institut Heidelberg durchgeführt. Der Willersinnweiher (ca. 17 ha) ist ein durch Grund- und Niederschlagswasser gespeister Hartwassersee. Die Selbstreinigung eines Sees über die Calcitfällung eliminiert Phosphor aus der gelösten Phase durch den Einbau in die partikuläre Phase. Diese Feststoffe sedimentieren schließlich und akkumulieren am Seeboden. Die dimiktischen Seen in unseren Breiten weisen zwei typische Zeiträume für eine Calcitfällung auf: Die Stagnationsphase im Sommer ermöglicht eine in der Regel biogen induzierte, quantitativ erhebliche Calcitbildung im Epilimnion. Zeitgleich befinden sich nur sehr geringe gelöste Phosphormengen im epilimnischen Wasserkörper, so dass die Calcite auch nur geringste Phosphor-Mitfällungsraten aufweisen. Der Phosphor wird schnell und effizient in die Biomasse eingebaut. Für die sommerliche Dynamik wurden für das Jahr 2000 für den Willersinnweiher ca. 27 t Calcitfällung mit ca. 6 kg eingebautem Phosphor bilanziert (Schmid, 2002). Während der Herbstzirkulation kann dagegen eine CO2-Ausgasungsfällung beobachtet werden. Bei diesem Prozess kann ursprünglich hypolimnisch gebildetes und angereichertes CO2 während der Zirkulation druckentlastet werden und in die Atmosphäre ausgasen. Durch Gleichgewichtsreaktionen im Kalk-Kohlensäure-System muss Calcit ausfallen - also eine rein geogene Reaktion. Während des Zeitraumes vom Herbst zum Winter findet aber keine Assimilation durch organische Substanz statt und hypolimnisch angereichertes Phosphor bleibt im Seewasser verteilt. Wegen der nun erhöhten P-Konzentrationen im Wasserkörper kommt es zu einem verstärkten P-Einbau im Calcit. Auch wenn die Folge der Ausgasungsfällung keine spektakulären Calcitmengen liefert, so wird doch über die verstärkte P-Mitfällungsrate die sommerliche P-Eliminierung fast getoppt: die Ausgasungsfällung ist damit deutlich wirksamer als bisher angenommen und die Selbstreinigungseffekte durch P-Entzug fast gleichwertig mit der biogen induzierten P-Mitfällung einzustufen. Bleibt aber durch milde Winter eine vollständige Vollzirkulation bei unseren Seen aus, können sich die Folgen einer verminderten Calcitbildung und P-Mitfällung durch weitere positive Rückkopplungen dramatisch verstärken und die Wasserqualität kann sich im darauffolgenden Jahr deutlich verschlechtern. Durch regelmäßige Beprobungen des Sees werden zahlreiche physikalische und chemische Parameter gewonnen, um v.a. die Dynamik des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichtes zu erfassen und so die Calcitsättigung und -fällung mit dem thermodynamischen Rechenprogramm Phreeqc zu modellieren. Begleitend werden Analysen von Proben aus Sedimentationsfallen aus unterschiedlichen Wassertiefen und aus Sohlsedimenten durchgeführt, um die tatsächlichen Fällungsprodukte quantitativ und qualitativ zu bestimmen.