• search hit 6 of 47
Back to Result List

Hochwassergebundener Sediment- und Schadstoffeintrag in die Auen der Mittelelbe

Flood induced sedimentation and entry of pollutants in the flood plains of Middle Elbe River

  • Der hochwassergebundene Sedimenteintrag ist Motor der Bodenbildung in Auen. Der mit dem Sedimenteintrag einhergehende Schadstofftransport in die flussbegleitenden Auen ist Ursache für die Akkumulation von Schadstoffen in den aquatischen und semiterretrischen Systemen. Er wirkt in weiten Teilen der Elbauen nicht nur einschränkend auf die landwirtschaftliche Nutzung des Grünlandes sondern beeinträchtigt daneben auch weitere Schutzgüter, wie z. B. Habitate und Lebensgemeinschaften. Diese Arbeit hatte das Ziel, die Steuergrößen des Sediment- und Schadstoffeintrags anhand von langjährig erhobenen Messdaten zu untersuchen und gleichzeitig die zeitliche und räumliche Verbreitung ausgewählter Schadstoffe als Baustein eines belastungsangepassten Auenmanagements aufzuklären. Dafür wurden eigene Daten über Hochflutsedimente und Böden ebenso ausgewertet wie Daten anderer Autoren. Außerdem lag ein Schwerpunkt der Arbeit in der kombinierten Auswertung von Zeitreihen der Sedimentbelastung von Gewässern und von Auenböden, die eine Grundlage für das Verständnis des elbespezifischen Belastungsmosaiks von Böden mit Schwermetallen und Dioxinen/Furanen darstellt. Zunächst erfolgte eine detaillierte Recherche und Analyse der retentionsfördernden Eigenschaften der Elbauen. Es wurden abschnittsspezifische Flächengrößen, Landnutzungsunterschiede und Flächenbetroffenheiten bei unterschiedlichen Hochwasserzuständen herausgearbeitet. Mit Hilfe der darauf aufbauenden, datenbasierten Analysen über ereignisbezogene Sedimenteinträge in die Elbauen konnten wesentliche Steuergrößen des Sedimenteintrags identifiziert werden. Die Distanz der Standorte zur Elbe ist die wesentliche Kenngröße, sodass die größten Sedimenteinträge in Flussnähe stattfinden. Darüber hinaus ist die Höhe des Sedimenteintrags abflussabhängig. Auf dieser Grundlage wurde ein Ansatz zur Berechnung des großräumigen Sedimenteintrags entwickelt, mit dessen Hilfe die Retentionsfunktion der Auen im Abfluss- und Stofftransportgeschehen der Elbe abgeschätzt werden konnte. Die Sedimentretention der Elbauen hatte im Betrachtungszeitraum zwischen 2003 und 2008 einen Anteil von 7 bis 30 % an den Jahresschwebstofffrachten in Hitzacker. Die Analysen von verschiedenen Zeitreihen der Sediment- und Bodenbelastungen mit Schwermetallen, Arsen sowie Dioxinen/Furanen verdeutlichte, dass die Stoffgruppen ganz unterschiedliche Belastungsentwicklungen durchlaufen haben. Der Schwerpunkt der Dioxinkontamination in Sedimenten und Böden trat in den 1950er bis 1960er Jahren auf, während Metalle im Allgemeinen erst später Belastungsmaxima zeigten. Allerdings konnte mit dem Pb/Zn-Verhältnis ein Metallmuster identifiziert werden, mit dessen Hilfe auch in Oberböden auf der Basis von Metalldaten auf Dioxinbelastungen geschlossen werden konnte. Darüber hinaus wurde unter Kenntnis der spezifischen Belastungshistorien mittels Kategorisierung der Standorteigenschaften Höhenlage, Distanz, Bioturbation und Sedimenteintrag ein Erklärungsschema zur Vorhersage von räumlichen Schadstoffmustern für ausgewählte Metalle und Dioxine/Furane entwickelt. Sowohl die Untersuchungen zum Sedimentationsgeschehen als auch zur Aufklärung des Belastungsmosaiks in den Elbauen ließen Ableitungen von Maßnahmenvorschlägen zur Förderung der Sedimentationsdynamik, des Hochwasserschutzes, zur schadstoffspezifischen Verbesserung der Bodenbelastung als auch zur belastungsangepassten Landnutzung zu.
  • Flood induced sedimentation is the main driving force for soil formation processes in floodplains. Together with the sediments particle-bound contaminants are transported and accumulated into the aquatic and semiterrestrial wetland habitats, causing numerous environmental problems. Due to widespread contamination, grassland use is limited and habitats and biocoenoses are impaired. This work aimed to identify the main factors controlling sedimentation and entry of pollutants in the Elbe River floodplains based on sediment trap measurements executed for 15 years. In addition, the dissemination of selected contaminants with varying concentrations in space and time needed to be clarified as part of a floodplain pollution management strategy. Self measured and pre-existing data on fluvial sediments and soils were combined and interpreted. Data on the historical pollution load of contaminants in aquatic sediments and semiterrestrial soil profiles were also evaluated. This combined interpretation provided basic knowledge on understanding the mosaic of Elbe River topsoil contamination with metals and dioxins. Floodplain properties influencing sedimentation, such as vegetation patterns, inundation frequencies, morphological features and extensions of active floodplains of the free flowing Elbe River in Germany were analysed. On the basis of event-related data on site specific sediment loads, the main controlling factors for sedimentation patterns were identified, with the spatial distance between floodplain sites and the river as well as its discharge being the most important. Highest sedimentation rates were found in river bank locations and higher discharges in general coincide with larger sediment loads. With respect to these observations an approach to estimate the large scale sediment retention was developed and exercised. Floodplain event-related sediment retention were calculated to be 44.000 - 223.000 t which accounts for 7 - 30% of annual suspended loads at Hitzacker between 2003 and 2008. Analysis of historical contamination loads of heavy metals, arsenic and dioxins in sediments and soil profiles showed, that individual contaminants displayed completely different trends. Highest dioxin contamination occurred between 1950 and 1960, while metals generally showed maximum pollution in the following decades. Consequently, metals cannot be used as a tracer for dioxins. However, it was possible to identify a specific Pb/Zn-relationship, which can be used to identify dioxin hot spots in topsoils. With the help of site-specific features such as distance, elevation, bioturbation and sedimentation as well as the knowledge of different contamination loads an approach to estimate topsoil contamination patterns of Elbe River floodplains was developed. Both, the investigation of sedimentation processes and the clarification of contamination patterns made it possible to propose measures to support sediment dynamics and flood protection measures, improve soil contamination status and to promote a land use, adapted to the contamination status of the floodplain soils.

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author:Frank Krüger
URN:urn:nbn:de:gbv:luen4-opus-144158
URL: https://pub-data.leuphana.de/frontdoor/index/index/docId/779
Advisor:Brigitte Urban (Prof. Dr.)
Referee:Kurt Friese (Prof. Dr.)ORCiDGND
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2015
Date of Publication (online):2016/09/28
Publishing Institution:Leuphana Universität Lüneburg, Universitätsbibliothek der Leuphana Universität Lüneburg
Granting Institution:Leuphana Universität Lüneburg
Date of final exam:2015/09/15
Release Date:2016/09/28
Tag:Elbe; flood; grassland; pollution; sediment
GND Keyword:Hochwasser; Elbe; Sediment; Schadstoffeintrag; Aue
Institutes:Fakultät Nachhaltigkeit / Institut für Ökologie (IE)
Dewey Decimal Classification:3 Sozialwissenschaften / 33 Wirtschaft / 333.7 Natürliche Ressourcen, Energie und Umwelt
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht