Die Bedeutung der Flachwasserzone . … als primus inter pares
Die Bedeutung der Flachwasserzone . … als primus inter pares
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<strong>Die</strong> <strong>Bedeutung</strong> <strong>der</strong> . <strong>Flachwasserzone</strong><br />
<strong>…</strong> <strong>als</strong> <strong>primus</strong> <strong>inter</strong> <strong>pares</strong><br />
• <strong>Flachwasserzone</strong> und Uferbereich<br />
• Vielfältige Nutzungen und Stressoren<br />
• <strong>Flachwasserzone</strong> - ein hochvariables Ökoton<br />
• Werkzeuge und Methoden zur Beschreibung von Transportvorgängen
<strong>Flachwasserzone</strong>n im Bodensee<br />
Uferlänge[km] Fläche FWZ [km^2]<br />
Gesamter See 273 75<br />
Baden-Würtemberg 155 (55 %) 39 (52 %)<br />
Bayern 18 (7 %) 5 (6,5 %)<br />
Österreich 28 (10 %) 15 (20 %)<br />
Schweiz 72 (26 %) 16 (21,5 %)
Funktionen <strong>der</strong> <strong>Flachwasserzone</strong><br />
- Bindeglied zwischen Uferzone und Freiwasser<br />
• Sehr komplex<br />
• Nicht abschließend in allen Aspekten<br />
untersucht und verstanden<br />
• Spezielle Lebensgemeinschaften<br />
• Erhöhter Stoffumsatz<br />
• Laich-, Brut- und Nahrungsgebiet<br />
• ökologisch wirksamste aber<br />
zugleich auch empfindlichste Zonen<br />
des Sees (Kramer, 2001)<br />
• Beispiel Fische : 95 % haben direkte<br />
Beziehung zu Litoral<br />
• (Fischer 1995, Kramer 2001)
<strong>Die</strong> <strong>Flachwasserzone</strong><br />
<strong>als</strong> komplexes, hochvariables Ökoton<br />
• Ein Ökoton ist in <strong>der</strong> Ökologie ein Übergangsbereich zwischen zwei<br />
verschiedenen Ökosystemen. Oft sind diese beson<strong>der</strong>s artenreich und<br />
durch starke <strong>inter</strong>ne wie externe Vernetzung <strong>der</strong> Arten und<br />
Lebensräume gekennzeichnet.<br />
• Der wachsende Druck auf die Uferzone bei<strong>der</strong>seits <strong>der</strong><br />
Wasserlinie hat in vielen Fällen zu einer Beeinträchtigung ihrer<br />
Funktionalität im Natur- und Artenschutz, im Gewässerschutz<br />
und in ihrer <strong>Bedeutung</strong> <strong>als</strong> naturnahe Erholungsgebiete geführt.<br />
(Ostendorp et.al., 2003)
<strong>Flachwasserzone</strong> und Flußmündungen
• Dynamisches System<br />
• Zeitlich hochvariabel<br />
• Räumliche Variabilitäten<br />
stark ausgeprägt<br />
Schussenmündung Mittelwasser<br />
<strong>Flachwasserzone</strong> und Uferzone<br />
Wasserstand [cm]<br />
250 300 350 400 450 500 550<br />
3.3<br />
m<br />
1.4<br />
m<br />
Wasserstand bei<br />
Konstanz (ab 1960)<br />
0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0<br />
Tag im Jahr<br />
Schussenmündung Niedrigwasser
<strong>Flachwasserzone</strong> und Flußmündungen<br />
- Belastungsgradienten und Transportpfade<br />
• Dichtbesiedelte Einzugsgebiete<br />
• Abwasserbelastung<br />
• Verteilung in Nah-und<br />
Fernzone des<br />
Mündungsgebietes<br />
Quelle Roßknecht & Hetzenauer<br />
Beprobungspunkte im<br />
Mündungsbereich <strong>der</strong> Schussen
Diatrizoat<br />
Carbamazepin<br />
Iopromid<br />
Clofibrinsäure<br />
Sulfamethoxazol<br />
Iopamidol<br />
Erythromycin<br />
Iothalaminsäure<br />
Phenazon<br />
Ibuprofen-OH<br />
Iomeprol<br />
<strong>Flachwasserzone</strong> und Flußmündungen<br />
Gradienten von Wasserinhaltsstoffen<br />
Abwasserwerk<br />
Schussen<br />
Litoral<br />
Pelagic<br />
0,001 0,01 0,1 1 10<br />
µg/l<br />
Quelle Roßknecht & Hetzenauer
V2<br />
R1<br />
H3<br />
H2<br />
200 m<br />
1000 m<br />
<strong>Flachwasserzone</strong> und Flußeinmündungen<br />
Transport flußbürdigen Materi<strong>als</strong><br />
V1<br />
H1<br />
Quelle Witthöft 2003<br />
5276000<br />
5275800<br />
5275600<br />
5275400<br />
5275200<br />
5275000<br />
5274800<br />
5274600<br />
Sedimentoberflächen (0-2 cm)<br />
C organisch (%)<br />
v2<br />
h3<br />
h2<br />
h1<br />
v1<br />
5276000<br />
Schussen<br />
5275800<br />
5275600<br />
5275400<br />
5275200<br />
5275000<br />
5274800<br />
5274600<br />
Sedimentoberflächen (0-2 cm)<br />
<strong>Flachwasserzone</strong> und Flußmündungen<br />
Transport coliformer Keime<br />
• Coliforme Keime <strong>als</strong><br />
Belastungsindkatoren für die FWZ<br />
• Extreme Unterschiede<br />
V2<br />
R1<br />
H3<br />
H2<br />
200 m<br />
1000 m<br />
V1<br />
H1<br />
9x10 4<br />
8x10 4<br />
7x10 4<br />
6x10 4<br />
5x10 4<br />
4x10 4<br />
3x10 4<br />
2x10 4<br />
1x10 4<br />
0<br />
9x10 4<br />
8x10 4<br />
7x10 4<br />
6x10 4<br />
5x10 4<br />
4x10 4<br />
3x10 4<br />
2x10 4<br />
1x10 4<br />
0<br />
9x10 4<br />
8x10 4<br />
7x10 4<br />
6x10 4<br />
5x10 4<br />
4x10 4<br />
3x10 4<br />
2x10 4<br />
1x10 4<br />
E.coli-Abundanzen<br />
E.coli/g DW<br />
0<br />
7x10 4<br />
8x10 4<br />
9x10 4<br />
H1 H2<br />
H3<br />
V2<br />
09.02.99<br />
09.03.99<br />
06.04.99<br />
04.05.99<br />
01.06.99<br />
29.06.99<br />
27.07.99<br />
24.08.99<br />
21.09.99<br />
19.10.99<br />
16.11.99<br />
14.12.99<br />
11.01.00<br />
6x10 4<br />
5x10 4<br />
4x10 4<br />
3x10 4<br />
2x10 4<br />
1x10 4<br />
0<br />
9x10 4<br />
8x10 4<br />
7x10 4<br />
6x10 4<br />
5x10 4<br />
4x10 4<br />
3x10 4<br />
2x10 4<br />
1x10 4<br />
0<br />
9x10 4<br />
8x10 4<br />
7x10 4<br />
6x10 4<br />
5x10 4<br />
4x10 4<br />
3x10 4<br />
2x10 4<br />
1x10 4<br />
0<br />
R1<br />
0-0,3 cm<br />
0,31-1,3 cm<br />
Pegel Schussen [cm]<br />
V1<br />
09.02.99<br />
09.03.99<br />
09.04.99<br />
09.05.99<br />
09.06.99<br />
09.07.99<br />
09.08.99<br />
09.09.99<br />
09.10.99<br />
09.11.99<br />
09.12.99<br />
09.01.00<br />
350<br />
300<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
0
Oligotrophierung Flußmündungen gewinnen an<br />
<strong>Bedeutung</strong> <strong>…</strong> erhöhte Nährstoffaufkommen<br />
• In Zeiten zunehmen<strong>der</strong> Re-<br />
Oligotrophierung nimmt<br />
<strong>der</strong> lokale Einfluß von<br />
Flußmündungen zu<br />
• Es sind lokal größere<br />
Unterschiede –<br />
ökosystemar relevante – zu<br />
erwarten
<strong>Flachwasserzone</strong> und Flußmündungen<br />
Nährstoffeintrag über Flußmündungen<br />
Erhöhte Nährstoffkonzentrationen im Flußmündungsbereich<br />
Hohe Variabilität für die FWZ<br />
Makrophytenverteilung, IGKB 1998
Werkzeuge und Methoden zur Beschreibung<br />
von Transportvorgängen in <strong>der</strong> FWZ<br />
• Anfor<strong>der</strong>ungen<br />
– Synoptische Methoden<br />
– Komplexes Wirkgefüge<br />
– Zeitlich und räumlich hochaufgelöst und kontinuierlich<br />
• Meßstationen und synoptische Kampagnen<br />
• Satellitenfernerkundungsverfahren<br />
• Numerische Modelle<br />
– Strömung<br />
– Transport<br />
– Seegang
Numerische Modelle in <strong>der</strong> <strong>Flachwasserzone</strong><br />
– Strömungsmodelle mit adaptiven Gitter<br />
• Rektangulares Gitter<br />
• Schnell, effizient<br />
• Jedoch Mischung Randzonen<br />
VS.<br />
• Adaptives (curvilinear) Gitter<br />
• Topographiefolgend<br />
Jedoch Rechenintensiv (x10..x100)<br />
• Jedoch
• Simulation <strong>der</strong><br />
Flußwasserfahnenausbreitung<br />
Flu wasserfahnenausbreitung<br />
– Flußwasser Flu wasser F<br />
– Flußwasserfahne Flu wasserfahne (Plume) P<br />
– Dispersive Prozesse D<br />
– Wechselwirkung mit dem<br />
Strömungssystem Str mungssystem des Sees S<br />
Fragen<br />
Zirkulation in Nah-und Nah und Fernzone<br />
Transportwege des Flußwassers<br />
Flu wassers<br />
Impaktzonen<br />
Beschreibung einer Flußwasserfahne<br />
Flu wasserfahne<br />
Konzeptionelles Modell<br />
Konzeptionelles Modell –<br />
Flußwasserfahne<br />
S<br />
D<br />
F<br />
P<br />
D<br />
D
Simulation einer FLußwasserfahne<br />
FLu wasserfahne<br />
- Wechselwirkung mit <strong>der</strong> See-Hydrodynamik<br />
See Hydrodynamik<br />
Modellsystem<br />
Modellsystem<br />
3-dim<br />
Strömungsmodell<br />
<strong>…</strong> S<br />
Tracermodell<br />
<strong>…</strong> D + P<br />
Modellgleichungen :<br />
Langevin fluctuation equation<br />
Particle movement =<br />
f(hydrodyn, drift-terms, stochastic<br />
processes)<br />
Kalibration des Tracertransport<br />
sub grid diffusion<br />
Propagation<br />
numerischer Tracer<br />
<br />
Flußwasserfahne<br />
-
Simulation <strong>der</strong> Flußwasserfahnen<br />
- Wechselwirkung mit <strong>der</strong> See-Hydrodynamik<br />
Reale Szenarien<br />
• Simulation des Strömungsfeldes<br />
Str mungsfeldes<br />
reale Szenarien <strong>…</strong> S<br />
Tracertransportmodell<br />
• dispersive Prozesse <strong>…</strong> D<br />
• Flußwasserfahne Flu wasserfahne (Plume) P<br />
• Wechselwirkung mit umgebenden<br />
Strömungsfeld<br />
Str mungsfeld<br />
Information über ber :<br />
Transportwege und Zirkulationsstrukturen<br />
Ausbreitungsverhalten <strong>der</strong><br />
Flußwasserfahne<br />
Flu wasserfahne<br />
Impaktzonen in <strong>der</strong> FWZ<br />
Modellstudie ::<br />
- Reales Windfield reales “<br />
Strömungsfeld - Definition <strong>der</strong><br />
Flußmündung
Wellen in <strong>der</strong> <strong>Flachwasserzone</strong><br />
• Dynamik in <strong>der</strong> FWZ Bodengeschwindigkeiten / Bodenschubspannungen<br />
• Wechselwirkung mit dem Strömungssystem<br />
• Sedimentresuspension und -transport treibende Kraft bei morphodynamischen Prozessen<br />
• Umgebungslichtbedingungen<br />
• bedeuten<strong>der</strong> Umgebungsparameter für Flora und Fauna
Wysse – Wechselwirkung <strong>der</strong> <strong>Flachwasserzone</strong> mit dem<br />
Tiefwasserkörper
Angewandte Fragestellungen - Pfahlbausiedlungen<br />
• Erste Siedlungen in <strong>der</strong> Jungsteinzeit<br />
• Zunehmende Erosion im Bereich von<br />
Pfahhlbausiedlungen<br />
– ? natürliche Ursachen ?<br />
– ? Auswirkungen <strong>der</strong> Schifffahrt ?
Erstellung eines Seegangsmodells<br />
• Implementierung eines seeweiten<br />
Seegangsmodels SWAN<br />
• Horizontale Gitterauflösung 250 m<br />
• Lokale Verdichtungen bis auf 50 m<br />
•
Wellenhöhen für unterschiedliche Windgeschwindigkeiten<br />
West wind 6 Bft WNW wind 6 Bft<br />
• Areale hohen Wellenimpakts und starker Exposition<br />
• Einfluß <strong>der</strong> unterschiedliche Windwirklängen
• Fragen :<br />
Flachwasserapplikationen des Seegangsmodells<br />
- lokal verdichtete Gitter<br />
– Einfluß <strong>der</strong> rasch verän<strong>der</strong>lichen Wassertiefe auf die Entwicklung des<br />
Seegangsfeldes<br />
– Einfluß des Wellenfeldes auf den Seeboden<br />
– Mobilisation des Sediments<br />
– <strong>…</strong> Erosions- und Akkumulationszonen
Seegangsmodell<br />
Ausblick –<br />
„Prozesse und Stressoren in <strong>der</strong> <strong>Flachwasserzone</strong>“<br />
ein BodenseeOnline-Phase-II-Projekt<br />
Transportmodell<br />
Klimawandel<br />
Strömungsmodell<br />
Prozesse in <strong>der</strong> FWZ
Seegangsmodell<br />
Ausblick –<br />
„Prozesse und Stressoren in <strong>der</strong> <strong>Flachwasserzone</strong>“<br />
ein BodenseeOnline-Phase-II-Projekt<br />
• Fragestellungen<br />
– Temperatur- und Mischungsverhältnisse<br />
– Stoffausbreitung und -transporte<br />
– Energieeintrag in die FWZ; Impaktzonen<br />
– Eintrag flußbürdiger Substanzen<br />
Transportmodell<br />
Prozesse in <strong>der</strong> FWZ<br />
Klimawandel<br />
Strömungsmodell
• Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !<br />
• Literaturquellen :<br />
– IGKB, 2004, Peter Rey et.al. „Der Bodensee – Zustand Fakten<br />
Perspektiven“<br />
– P. Treiber, 2003 : Zustandsbeschreibung des Bodenseeufers,<br />
Bericht im Auftrag <strong>der</strong> IGKB<br />
– IGKB, 2007 : Limnologische Bewertung <strong>der</strong> Ufer- und<br />
<strong>Flachwasserzone</strong><br />
– und weitere
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