Tagungsband - UFZ

Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes
Schadstoffbelastung im
Mulde- und Elbe-Einzugsgebiet
nach dem Augusthochwasser
2002
Ergebnisse und Forschungsbedarf
Freiberg, 27.-29. August 2003
Tagungsband

Aktuelle Informationen zur Tagung und
zum Verbundprojekt finden Sie unter
http://www.halle.ufz.de/hochwasser/.
Tagung
Leitung/Fachliche Koordination
Prof. Dr. Walter Geller, Dr. Klaus Ockenfeld, Michael Böhme, Monika Voigt
UFZ-Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH in der Helmholtz-Gemeinschaft
Koordinationsgruppe Ad-hoc-Projekt Schadstoffuntersuchungen Elbe-Hochwasser August 2002
Brückstr. 3a, 39114 Magdeburg
Tel. 0391/8109-601, Fax -150
hw@gm.ufz.de
Organisation der Tagung
Frau Dr. Feldmann
UFZ-Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH in der Helmholtz-Gemeinschaft
Infrastruktur
Permoserstraße 15, 04318 Leipzig
Tel. 0341/235-2413, Fax -2782
hochwasser@ufz.de
Tagungsband
Zusammenstellung/Layout
Michael Böhme
UFZ-Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH in der Helmholtz-Gemeinschaft
Koordinationsgruppe Ad-hoc-Projekt Schadstoffuntersuchungen Elbe-Hochwasser August 2002
Brückstr. 3a, 39114 Magdeburg
Tel. 0391/8109-449, Fax -150
boehme@gm.ufz.de
Druck und Verarbeitung
KDD GmbH
Kompetenzzentrum Digital-Druck
http://www.kdd-online.com
Umschlagbild: Ölfilm auf vom Hochwasser überschwemmten Flächen in Segrehna am 21.08.2002;
Rückseite: Einzugsgebiet der Elbe mit den vom Hochwasser betroffenen UND im Rahmen des Verbundprojekts
bearbeiteten Fließstrecken, Teilprojektpartner

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Vorwort
Die Klimageschichte Mitteleuropas zeigt, daß es im vergangenen Jahrtausend an der Elbe
vergleichbare Hochwasserereignisse gab wie wir sie im August 2002 erlebt haben. Das Extremhochwasser
1874 war vergleichbar, die gewaltigen Überschwemmungen des Jahres 1342 waren
sogar noch deutlich schwerwiegender. In Anbetracht der aktuellen, unbestreitbar vom
Menschen mit verursachten Klimaveränderungen stellt sich jedoch die Frage, ob derartige
"Jahrtausendfluten" in der Zukunft nicht häufiger erwartet werden müssen als in der Vergangenheit.
Über die direkten Schadenswirkungen des Hochwasserereignisses hinaus gibt es indirekte
Schäden, die durch die Verbreitung von toxischen Schadstoffen in der Folge der Überflutungen
durch belastete Schlammrückstände entstehen. Auch mit dem extremen Hochwasser im August
2002 wurden Schadstoffe aus unterschiedlichsten Altlasten frei gesetzt, belastete fluviatile
Sedimente remobilisiert, belastete Industrieflächen und Bergbauhalden überspült bzw. erodiert,
ausgelaufenes Öl aus häuslichen Öltanks großflächig verteilt. Zusätzlich gelangten nach dem
Zusammenbruch des Kläranlagenbetriebes unbehandelte kommunale und industrielle
Abwässer in die Gewässer.
Untersuchungen einzelner Forschungseinrichtungen hatten sehr schnell potentielle Gefährdungen
aufgedeckt. Durch nicht im notwendigen Umfang vorhandene Koordinierungen - auch
über Ländergrenzen hinaus - fehlen bisher zusammenhängende Abschätzungen. Im Rahmen
des vom BMBF kurzfristig initiierten und für ein Jahr geförderten Ad-hoc-Projektes sollten
daher bisherige Messungen zusammengestellt, aus- und bewertet und die aktuellen Daten und
deren Bewertungen im Internet zugänglich gemacht werden. Dabei sollte auch die Umsetzung
der Anforderungen von Ländern, Landkreisen und Kommunen im Bezug auf die Untersuchungen
der Schadstoffbelastung gewährleistet und eine zusammenführende Aus- und Bewertung
aller Untersuchungen mit Abschlußbericht und Maßnahmenkatalog gesichert werden.
Letztlich sollten auch weiterführende Problemstellungen benannt und angemessene Lösungswege
empfohlen werden.
Im Einzugsgebiet der Elbe waren von den Extremniederschlägen im August 2002 zunächst der
Bereich der Moldau in der tschechischen Republik betroffen, in der Folge auch die deutschen
Gebiete am Nordhang des Erzgebirges. Schadstoffe wurden somit vorwiegend aus Belastungsquellen
des tschechischen Gebietes und aus dem Bereich des Einzugsgebietes der Mulde mit
dem Hochwasser freigesetzt und transportiert. Im Überschwemmungsbereich der hochwasserführenden
Flüsse waren in der Folge auch regionale und lokale weitere Altlasten betroffen.
Weiter westlich gelegene Nebenflussgebiete wie das Saalegebiet waren wenig betroffen. Die
wichtigsten Altlasten und Schadstoffquellen lassen sich für das deutsche Gebiet benennen mit
den erodierten Halden des Altbergbaus der mittelalterlichen und neuzeitlichen Erzgewinnung,
Tailings des Uranbergbaus der Nachkriegszeit (Wismut), lokal betroffenen Braunkohlentagebauen,
industriellen Altlasten, z.B. dem kontaminierten Grundwasser im Chemiedreieck Bitterfeld-Wolfen,
und sekundären Altlasten wie Buhnenfeldern der Elbe, die im Zuge des
Hochwassers frei gespült wurden. Dazu kamen weitere Schadstofffreisetzungen aus überschwemmten
Wohngebieten, Kläranlagen und Industriebetrieben. Damit hatte sich nach dem
Extremhochwasser im Mulde- und Elbeeinzugsgebiet eine neue Situation durch die Remobilisierung
und Umlagerung bzw. evtl. regional durch neuen Eintrag der Schadstoffe ergeben, und
der gegenwärtige Belastungszustand war aus den zuvor vor allem während der 90er Jahre erhobenen
Daten nicht mehr abzuschätzen.
1

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Neue detaillierte Untersuchungen zur Ermittlung der aktuellen Schadstoffbelastung im
Einzugsgbiet der Elbe, Moldau und Mulde waren deshalb nach dem Hochwasser unumgänglich.
Die vom Hochwasser betroffenen Flächen wurden aus vorliegenden Satellitenbildern, die von
der DLR zur Verfügung gestellt wurden, identifiziert und als Grundlage für vorläufige Probenahmen
und für einen Befliegungsplan der DLR verwendet. Für die deutschen Flussabschnitte
gibt es weiteres Bildmaterial, das als Grundlage für einen Hochwasseratlas von Mulde und Elbe
dienen kann.
Das Problem der Schadstofffolgen von Hochwasserereignissen besteht also in der qualitativen
und quantitativen Erfassung der Einzelstoffe und Schadstoffklassen und in der Herstellung des
Flächenbezuges, zu dem die schwierige Frage der heterogenen Verteilung der Schlämme und
Schadstoffe in den Überflutungsgebieten gelöst werden mußte, um repräsentativen Probenahmen
zu ermöglichen.
Die immensen Schäden in der Folge des Hochwasserereignisses 2002 haben in vieler Hinsicht
zu einem Umdenken und zu Neubewertungen geführt, die ihren Ausdruck nicht nur in der
Anlage des hier vorgelegten Ad-hoc-Programmes zur Schadstoffproblematik als Hochwasserfolge,
sondern auch zu einem allgemeinen 5-Punkte-Programm der Bundesregierung mit Ziel
der Verbesserung des Hochwasserschutzes geführt haben. Bei der Diskussion der vielen
Vorschläge zu Optionen des Ad-hoc-Programms wurden einige wichtige Fragestellungen nur
deshalb nicht in den aktuellen Projektvorschlag aufgenommen, da das angesprochene Problem
nicht kurzfristig überwunden werden kann, sondern mittel- und langfristig bearbeitet und gelöst
werden muß.
Die Problemstellungen dieser Art sollen im Rahmen dieser Freiberger Tagung zusammengetragen
und Lösungswege aufgezeigt werden. Es ist somit nicht nur Ziel des Ad-hoc-Projektes,
die hochwasserbedingte aktuelle Schadstoffsituation und deren Zustandekommen ursächlich zu
beschreiben, sondern auch Forschungsansätze für die weiterführende Behandlung anderer
längerfristiger Probleme mit Hochwasserbezug zu definieren und Empfehlungen für deren
Lösung und angemessene Förderung zu erarbeiten.
Der vorliegende Tagungsband repräsentiert heute, genau ein Jahr nach der Flut, einen
Zwischenstand in der Bearbeitung der Teilprojekte. Er enthält bereits detaillierte Aussagen über
die verschiedenen Teilaspekte ’Schadstoffbelastung in Folge des Hochwassers’. Die Teilprojekt-übergreifende
Zusammenschau wird am Ende der Projektlaufzeit im umfassenden Endbericht
vorgestellt.
Magdeburg, 18. August 2003
Prof. Dr. W. Geller
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Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Inhalt
(alphabetisch geordnet nach Hauptautor; alle Einträge im PDF zu den Abstracts verlinkt)
Schicksale fakultativ pathogener Mikroorganismen während und nach dem
Sommerhochwasser an Elbe und Mulde Wolf-Rainer Abraham, Dirk F. Wenderoth. . . . . 6
Identifizierung und Analyse des ökotoxikologischen Potentials von Flußsedimenten
als Folge der durch Hochwasser mobilisierten Kontaminationen Rolf Altenburger,
Werner Brack, Matthias Grote, Susanne Moschütz, Albrecht Paschke, Kristin Schirmer,
Helge Walter, Klaus Wenzel, Gerrit Schüürmann. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Schadstoffbelastung in Hochwassersedimenten Ursula Anacker, Ulrich Gutteck,
Matthias Welker. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Transport von Schwermetallen bei Hochwasserführung der Elbe: gelöst, partikeloder
kolloidgebunden? Martina Baborowski, Frank von der Kammer, Kurt Friese. . . . . 17
Hochwasservoraussagen und Forschungsbedarf aus der Sicht der Meteorologie
Christian Bernhofer, Franz Berger, Valeri Goldberg. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Elbehochwasser 2002: organische Spurenstoffe in Wasser- und Schlammproben im
Raum Dresden Hilmar Börnick, Thomas Grischek, Eckhard Worch. . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Vergleich der Wassergüte vor/während/nach dem Sommerhochwasser in der
sächsischen Elbe Sophie Conradt, Lutz Küchler, Holm Friese, Sylvia Rohde. . . . . . . . . . . 32
Schwermetallbelastungen der Böden in Elbauen ober- und unterhalb der
Muldemündung Alexander Gröngröft, Frank Krüger, Günter Miehlich. . . . . . . . . . . . . . . 37
Flächenhafte Erfassung der Hochwassergebiete mittels Fernerkundungsdaten
Dagmar Haase, Thilo Weichel, Martin Volk, Cornelia Gläßer, Jens Birger, Doreen
Zober, Peter Reinartz, Thomas Heege, Rupert Müller, Manfred Schroeder. . . . . . . . . . . . 43
Non Target Screening organischer Schadstoffe des Sediments der unteren Mulde
(TP 3.10) Nicolas Heinzel, Michael Specht, Stephan Franke, Wittko Francke. . . . . . . . . . . 58
Ökotoxikologische Befunde aus dem Wattenmeer Susanne Heise, Sebastian Höss,
Wolfgang Ahlf. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Brandenburger Elbauen - Schadstoffbelastung der Böden durch
Hochwasserereignisse und Folgen für die Nutzung Gundula Herwig ,
Wolfgang Dinkelberg, Jürgen Ritschel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Aktivitäten des BMU im Hochwasserbereich Corinna Hornemann. . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Schwebstoff- und Schwermetalldeposition im Bitterfelder Muldestausee
Frank W. Junge, Karl Jendryschik, Burkhard Scharf, Peter Morgenstern,
Hanns-Christian Treutler, Wolfgang Czegka, Christiane Hanisch, Lutz Zerling. . . . . . . . . . 74
Vergleich der Wassergüte vor, während und nach dem Sommerhochwasser in der
sachsen-anhaltinischen Elbe Petra Kasimir, Bettina Friede. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Schwermetalle und Arsen in der Mulde Werner Klemm, Ulrich Knittel, Annia Greif,
Jose A.C. Broekaert, Volker Siemens. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Schadstoff- und Flussgebietsmanagement im Muldesystem - Eine Konsequenz des
Augusthochwassers 2002 Arndt Knöchel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Verlagerungen natürlicher Radionuklide im Muldesystem als Folge des
Augusthochwassers Arndt Knöchel, Rolf Michel, Stephan Ritzel, Carsten Wanke. . . . . . . 92
Analytische Qualitätssicherung - auch in der Forschung ein Thema?
Corinna Kowalik, Jürgen W. Einax. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Keim- und Schwermetallbelastung landwirtschaftlich und gärtnerisch genutzter
Böden im Überschwemmungsbereich der Elbe Frank Krüger, Karsten Grunewald,
Heike Petzoldt, Ralph Meissner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Einfluss des Hochwassers 2002 auf die Wassergüte der Elbe in Tschechien
Jirí Medek, Petr Martínek, Stanislav Verner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Schadstoffe im landwirtschaftlich genutzten Überflutungsbereich -
Forschungsbedarf Ralph Meissner, Karsten Grunewald, Frank Krüger, Heike Petzoldt,
René Schwartz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Isotopengeochemische Untersuchungen zur Grundwassergefährdung durch
organische Schadstoffe in Folge des Flutereignisses Walter Michaelis,
Siegmund Ertl. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Schadstoffe und Radionuklide in urbanen Räumen des Elbe- und
Muldeeinzugsgebietes Peter Popp, Wolf v. Tümpling, Klaus Freyer, Matthias Lincke,
Matthias Schreiber, Hanns-Christian Treutler, Rainer Wennrich. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
Schadstoffbelastungen im Mulde- und Elbe-Einzugsgebiet nach dem
Augusthochwasser 2002 Günter Rank, Kati Kardel, Werner Pälchen, Annia Greif. . . . . 114
Schwermetalle in Auenböden der Elbe - ihre Verbreitung, Mobilitäten,
Bindungsformen und ihr Transfer in Nutzpflanzen Jörg Rinklebe. . . . . . . . . . . . . . . . 121
Ansätze einer integrierten und adressaten-orientierten Forschung zum
gesellschaftlichen Hochwasserrisiko-Management Jochen Schanze. . . . . . . . . . . . . . . 127
Langfristige Belastungen von Flusseinzugsgebieten durch Metalle und
Radionuklide aus dem Altbergbau - Forschungs- und Handlungsbedarf für die
Zukunft Petra Schneider, Karsten Osenbrück. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
Vorkommen und Verhalten von xenobiotischen Organika in Elbsedimenten
Katrin Schröder, Jan Stien, Frank Sacher, Hans-Jürgen Brauch, Widow Schmidt. . . . . . . 137
Die Überflutung des Goitschesees und ihre Folgen Martin Schultze,
Andrea van der Veen, Kurt Friese. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
Bestimmung des Gefahrenpotenzials feinkörniger Buhnenfeldsedimente für die
Wasser- und Schwebstoffqualität der Elbe sowie den Stoffeintrag in Auen
René Schwartz, Hans-Peter Kozerski. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
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Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Auswirkungen des Hochwassers im August 2002 auf die Gewässergüte der Elbe in
Hamburg Susanne Sievers, Wolfgang Ahlf, Otto-Heinrich Bauer, Harald Berger,
Werner Blohm, Robert Dannenberg, Susanne Heise, Rainer Götz, Raimund Lauer,
Klaus Roch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Auswirkungen der Augusthochwasserereignisse 2002 auf den Tal-
Grundwasserkörper im Stadtgebiet Dresden Thomas Sommer, Kirsten Ullrich,
Ludwig Luckner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
Das Vorkommen von "Dioxinen" in der Elbe Burkhard Stachel, Wilhelm Knoth,
Frank Krüger, Heinrich Reincke, René Schwartz, Steffen Uhlig. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
Belastungssituation im Regierungsbezirk Lüneburg: Der Pfad Boden-Pflanze-Tier.
Ein Zwischenbericht. Dorit Stehr. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
Belastung der Sedimente in Trinkwassereinzugsgebieten von Elbe und Mulde
Gerhard Strauch, André Sbjeschni, Anke Bittkau, Dietmar Schlosser. . . . . . . . . . . . . . . . . 166
Entwicklung der Wasserbeschaffenheit in den Trinkwassertalsperren nach dem
August-Hochwasser 2002 Ralf Sudbrack. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
Urbane Schadstoffquellen und Präventionsmaßnahmen Wolf von Tümpling,
Peter Popp, Rainer Wennrich, Hanns-Christian Treutler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
Hochwasserinduzierte Effekte auf Grundwasserstände und -belastungen im Raum
Bitterfeld Holger Weiß, Michael Rückert. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
Ermittlung räumlicher Risikobereiche und Auswirkungen auf die Landnutzung
Peter Wycisk, Christian Neumann, Gerd Fleck, Wolfgang Gossel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
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’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Schicksale fakultativ pathogener Mikroorganismen während und nach dem
Sommerhochwasser an Elbe und Mulde
Wolf-Rainer Abraham, Dirk F. Wenderoth
GBF - Gesellschaft für Biotechnologische Forschung mbH, Umweltmikrobiologie, Mascheroder Weg 1,
38124 Braunschweig, Tel. 0531/6181-419, Fax 0531/6181-411, wab@gbf.de
1 Einleitung
Nach dem Rückgang des Wassers aus den von der Flutkatastrophe der Elbe und der Mulde
betroffenen Städten, ist der vom Wasser eingetragene Schlamm zurückgeblieben. Dieser
Schlamm ist in einem unbekannten Maße mit potentiell pathogenen Mikroorganismen angereichert,
die größtenteils durch die Überflutung von Klärwerken und der Kanalisation in die
Umwelt gelangten und an die Schlammpartikel gebunden sedimentierten. Diese Mikroorganismen
stellen in geringen Konzentrationen keine Gefährdungen dar, sondern sind sogar
Bestandteil der normalen menschlichen und tierischen Bakteriengemeinschaft. Durch den
hohen Schlammeintrag erreichen die Bakterien allerdings eine solch hohe Konzentration, dass
sie pathogen wirken können. Somit stellt der Schlamm mit seinen Mikroorganismen in den
Kellern der Häuser, auf den Spielplätzen und zum Teil in den Strassen beim Kontakt ein pathogenes
Potential für den Menschen dar.
Um das Gefährdungspotential für die Menschen abschätzen zu können, ist ein grundlegendes
Verständnis über das Vorkommen und das Schicksal der pathogenen Bakterien im Schlamm des
Hochwassers, welches in diesem Ausmaß in Deutschland noch nicht vorgekommen ist, erforderlich.
Um zu dieser zentralen Frage einen Beitrag zu leisten, wurden zunächst die Keimzahlen
der Bakterien im Schlamm von verschiedenen Probenahmestandorten auf Selektivmedien
bestimmt und die im Schlamm vorkommenden Bakterien phylogenetisch analysiert. Dazu
wurden die Nukleinsäuren extrahiert und ein Abschnitt der 16S rRNA Gene in einer Polymerase
Kettenreaktion (PCR) amplifiziert. Die Amplikons wurden anschließend sequenz-spezifisch in
einer single-strand conformation polymorphism (SSCP) Analyse aufgetrennt. Diese Analyse
erlaubt den Vergleich der Biodiversität in verschiedenen Umweltproben und die Bestimmung
der einzelnen Bakterienarten in einer Umweltprobe (Lünsdorf et al., 2001). Aus den so erhaltenen
einzelnen Fingerprints können dann Sequenzinformationen gewonnen werden, um Bakterienarten
zu identifizieren und um real time PCR-Sonden zu generieren, die dann die einzelnen
pathogenen Bakterien schnell in den jeweiligen Proben (Wasser oder/und Schlamm) quantifizieren
können (Lübeck und Hoorfar, 2003). Hierzu sind Keimzahlbestimmungen der einzelnen
Bakteriengruppen auf Selektivagarnährböden unerlässlich. Zwar wachsen auf diesen Medien
nicht nur fakultativ pathogene Bakterien, sondern auch eng verwandte Stämme, welche auch in
der Umwelt vorkommen, aber nicht pathogen sind, die Keimzahlen auf den unterschiedlichen
Medien stellen aber eine erste wichtige Größe bei derartigen Untersuchungen dar (Strauba und
Chandlerb, 2003). So können kritische Bereiche identifiziert werden, in denen diese Bakterien
längere Zeit eine Gefahr darstellen und geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Die
Kenntnis solcher Reservoirs pathogener Bakterien erlaubt ihre sehr gezielte Bekämpfung nach
entsprechenden Katastrophen und damit die Abwehr einer möglichen Gefährdung für die
betroffenen Menschen.
2 Ergebnisse
Bei zwei Serien von Beprobungen mit einem mobilen Feldlabor in der Stadt Hitzacker (Elbe)
und im Kreis Bitterfeld (Mulde) wurden aus überschwemmten Kellern, Gartenteichen und
Brunnen Wasserproben genommen und anschließend in der GBF im Labor mikrobiologisch
untersucht. Als Sofortmaßnahme nach der Flut wurde z. T. eine Desinfektion der Gebäudeteile
6

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propagiert, welche mit dem Flutwasser in Berührung gekommen waren. Wo diese Desinfektion
vorgenommen wurde, wurden von uns keine Proben genommen, um den Datensatz nicht zu
divers zu machen. Die Proben werden vor Ort fixiert bzw. eingefroren, um eine nachträgliche
Veränderung der mikrobiellen Gemeinschaften zu verhindern. Der Teil der Proben, welcher für
die Kultivierung auf Selektivagar-Nährböden vorgesehen war, wurde unmittelbar nach der
Rückkehr ins Labor ausplattiert. Die Agarnährböden wurden nach den EU-Richtlinien für
Gewässerhygiene kultiviert und die entstehenden Kolonien wurden ausgezählt, wobei nach
verschiedenen Koloniefarben unterschieden wurde. Zunächst wurden Keimzahlen auf Selektivagarnährböden
zur klassischen Bestimmung von pathogenen Bakterien (coliforme Keime,
Salmonellen) bestimmt. Hierzu kamen Salmonella Shigella Agar (Escherichia, Enterobacter,
Salmonella, Shigella, Proteus), Gassner Agar (Escherichia, Staphylococcus), Bile Aesculin
Agar (Enterococcus, Streptococcus) und Endo Agar (Escherichia, Enterobacter, Klebsiella)
zum Einsatz.
Anschließend wurden von den Platten Bakterienstämme isoliert und phylogenetisch identifiziert
(über den Vergleich mit Referenzstämmen bzw. mittels Sequenzierung der 16S rRNA
Gene). Diese Stämme werden dann auf ihre Resistenz gegenüber verschiedenen Antibiotika
getestet. Die auf den verschiedenen Nährböden bestimmten Keimzahlen gaben zunächst
Auskunft über das pathogene Potential der einzelnen Proben. Eine genauere Charakterisierung
wurde dann schließlich in den SSCP Fingerprint-Analysen erreicht, welche auf den Nukleinsäuren
basieren, die zum einen aus den Umweltproben und zum anderen aus den auf den Nährböden
gewachsenen Kolonien gewonnen wurden. Hierzu wurde ein Stück der 16S rRNA Gene
mittels PCR amplifiziert und unter SSCP-Bedingungen analysiert. Die Identifizierung der
Banden erfolgte zum einen über den Vergleich mit Referenzstämmen, die in unserer großen
Stammsammlung zahlreich vorhanden sind. Zum anderen wurden aber auch prominente und/
oder charakteristische Banden aus dem Gel ausgeschnitten und anschließend sequenziert. Die
erhaltenen Sequenzen wurden dann über die öffentlich zugänglichen 16S rDNA Datenbanken
Abbildung 1: Keimzahlen BFT und Hitzacker
280000
260000
240000
220000
200000
cfu/ml
180000
160000
140000
120000
100000
80000
60000
40000
20000
0
1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 13 14 15
Probe
Endo Agar
Bile - Äsculin Agar
Gassner Agar
SS Agar
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’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
und unsere Arbeitsgruppen-interne Banken (welche hauptsächlich klinische und Umwelt-
Isolate umfasst) identifiziert (Lünsdorf et al., 2002).
Mit Hilfe der so generierten Daten können die einzelnen Proben nun untereinander und auch
über die Zeit verglichen werden. Dabei ergab sich ein klarer Unterschied zwischen den Proben
aus Hitzacker (Nr. 13-15) und dem Bitterfelder Raum (Nr. 1-11). Man sieht zudem, dass das
Wasser des Goitsche-Sees (Probe Nr. 1), das Wasser eines Brunnens in Priorau (Probe Nr. 5)
und der nach der Flut gesäuberte und durch Brunnenwasser neu geflutete Teich in Raguhn
(Probe Nr. 11) keine besorgniserregenden Keimzahlen aufwiesen, interessanterweise auch nicht
das Wasser einer überfluteten Senke vor dem neuen Kreiskrankenhaus in Bitterfeld (das von der
Flut stark betroffene Krankenhaus selbst war uns leider aus sicherheitstechnischen Gründen
nicht zur Beprobung zugänglich gewesen). Weit höhere Keimzahlen wurden im Oberflächenwasser
in Priorau (Probe Nr. 6) gefunden (unmittelbar neben dem Brunnen, aus dem Probe Nr.
5 stammt), jedoch sind darunter nur wenige E. coli Keime.
Die Diversitätsuntersuchungen basierend auf den 16S rRNA Genen der mikrobiellen Gemeinschaften
zeigten eine gute Übereinstimmung mit den Keimzahlen auf den verschiedenen Selektivnährböden.
Dabei zeigte sich, dass E. coli Stämme in den Proben aus dem Bitterfelder Raum
nur wenig vertreten waren bzw. fehlten, während sie in den meisten Hitzacker Proben klar nachweisbar
waren. Dies ist insofern bemerkenswert, da die Bitterfelder Proben als solche schon
sehr divers waren, d. h. aus sehr unterschiedlichen Habitaten stammten. So waren darin Proben
aus Kellern, welche von der Mulde geflutet waren, aber auch solche, die zusätzlich noch eine
Verunreinigung durch Heizöl aufwiesen. Weiter waren in dem Probenspektrum auch offene
Gewässer auf überfluteten Weiden und aus dem Goitsche-See. Wenn nun alle diese Bitterfelder-Proben
eine solche geringe E. coli-Keimzahl zeigen, so deutet dies auf Ursachen hin,
welche dem Bitterfelder-Raum gemeinsam sind und welche sich nicht in Hitzacker finden
lassen. Eine solche Ursache könnte zum Beispiel der relativ hohe Gehalt an Schwermetallen,
insbesondere an Arsen sein.
3 Ausblick
Die weiteren Arbeiten werden dann weitere Einblicke vermitteln, wo potentiell pathogene
Bakterien noch solchen Flutkatastrophen vorhanden sind und wo sie am besten bzw. am
wenigsten überleben. Aus diesen Erkenntnissen können dann unmittelbar Gegenmaßnahmen
abgeleitet werden wie beispielsweise die Desinfizierung von Kellern (die zum Teil im Bitterfelder
Raum breit durchgeführt wurde, aber in Hitzacker nicht erfolgt ist) oder die Einschränkung
der Benutzung von Brunnenwässern. Für zukünftige Überschwemmungen können zudem
Vorhersagen getroffen werden wie sich potentiell pathogene Bakterien in der Umwelt verhalten
werden, wo sie keine Gefahr darstellen und wo sie zu kontrollieren und ggf. zu bekämpfen sind.
Es wird vermutet, da es sich bei den in den Umwelt gelangten Bakterien, um habitatfremde
Organismen handelt, dass diese Organismen auch nur eine geringe Persistenz in der Umwelt
haben. Dies ist allerdings noch nachzuweisen. Wir erhoffen uns weiter auch Erkenntnisse über
den Einfluss anderer, ökologisch relevanter Faktoren, wie sie beispielsweise mit den Arsenverbindungen
im Bitterfelder Raum vorkommen, auf das Überleben dieser Bakterien. Diese Informationen
werden sehr wertvoll sein für zukünftige Vorhersage-Modelle zu den Folgen großer
Überschwemmungen.
4 Danksagung
Für die engagierte Unterstützung durch Mitarbeiter des Gesundheitsamts in Bitterfeld und
durch Bewohner in der Stadt Hitzacker bedanken wir uns ganz herzlich.
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Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
5 Publikationen
Lübeck PS, und Hoorfar J (2003) PCR Technology and applications to zoonotic food-borne bacterial pathogens.
In: Methods in Molecular Biology, Vol. 216 "PCR Detection of microbial pathogens" (Eds.:
Sachse K, und Frey J), Humana Press, Totowa, NJ, USA. pp. 65-85.
Lünsdorf H, Strömpl C, Osborn AM, Bennasar A, Moore ERB, Abraham WR, und Timmis KN (2001)
Approach to analyse interactions of microorganisms, hydrophobic substrates, and soil colloids leading
to formation of composite biofilms, and to study initial events in microbiogeological processes.
Methods Enzymol., 336: 317-331.
Lünsdorf H, Wenderoth DF, und Abraham WR (2002) Microbial consortia in composite biofilms from acidic
mining lakes. Water, Air and Soil Pollution (Focus), 2: 69-79
Strauba T M, und Chandlerb D P (2003) Towards a unified system for detecting waterborne pathogens. J.
Microbiol. Methods, 53: 185-197.
Identifizierung und Analyse des ökotoxikologischen Potentials von
Flußsedimenten als Folge der durch Hochwasser mobilisierten
Kontaminationen
Rolf Altenburger, Werner Brack, Matthias Grote, Susanne Moschütz, Albrecht Paschke,
Kristin Schirmer, Helge Walter, Klaus Wenzel, Gerrit Schüürmann
UFZ-Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle, Sektion Chemische Ökotoxikologie und
Nachwuchsgruppe Molekulare Tierzelltoxikologie, Permoserstraße 15, 04318 Leipzig, Tel 0341/235-2224,
Fax 0341/235-2401, rolf.altenburger@uoe.ufz.de
1 Zielstellung und Problem
Das Jahrhunderthochwasser im Elbeeinzugsgebiet im August 2002 führte u.a. zu einer Überflutung
hochbelasteter Flächen z.B. in der Region Bitterfeld und in den tschechischen Chemiestandorten
(Spolana) entlang der Elbe. Durch die mögliche Verlagerung und Remobilisierung
von hoch belasteten Sedimenten und den Neueintrag von Schadstoffen z.B. aus zerstörten Tankanlagen
ergibt sich die Notwendigkeit einer ökotoxikologischen Analyse von Flußsedimenten.
Mit einer Pilotstudie im Raum Bitterfeld konnte gezeigt werden, daß die untersuchten
Schlämme teilweise ein deutliches toxikologisches Potential aufweisen bei gleichzeitig
beträchtlichen Gehalten an organischen Schadstoffen und Schwermetallen (Brack et al., 2002a).
Ziel des Vorhabens ist es, mit Hilfe einer geeigneten Kombination von chemischen und biologischen
Untersuchungsmethoden mögliche ökotoxische Effekte zu identifizieren und den für
eine Beurteilung notwendigen Zusammenhang zur Exposition gegenüber i.a. komplexen
Fremdstoffmischungen zu analysieren. Potentielle Gefährdungen werden durch die Anwendung
einer breiten Palette biologischer Wirkungstests identifiziert. Belastungsschwerpunkte
werden ermittelt, und durch eine Längsprofil-orientierte Untersuchung der Flüsse Elbe und
Mulde werden Belastungsquellen räumlich eingegrenzt. Die stofflichen Ursachen an den Belastungsschwerpunkten
werden mittels wirkungsorientierter Analytik identifiziert. Die Exposition
der aquatischen Lebensgemeinschaft und das Remobilisierungspotential der Schadstoffe wird
mit Hilfe biomimetischer Passivsammlermethoden (SPMDs) abgeschätzt.
2 Selektion der Probenstandorte
Im Rahmen des Teilprojektes wurden im März/April 2003 an 14 Stellen Sedimentproben aus
der Elbe sowie je eine aus dem Spittelwasser und der Mulde entnommen. Es handelt sich um
9

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Mischproben aus 0-10 cm Tiefe von größtenteils schlammig-feinkörniger Konsistenz, die in
Stillwasserbereichen (Hafenbecken) mit dem Sediment-Stechrohr genommen wurden. Die
Probenahmeorte an der Elbe waren Bad Schandau, Königstein, Dresden, Mühlberg, Riesa,
Torgau, Wittenberg, Dessau (Leopoldhafen), Barby, Magdeburg, Arneburg und Hitzacker. Das
Spittelwasser wurde bei Jessnitz beprobt, und die Mulde bei Dessau.
3 Probenvorbereitung und chemische Analyse
Die Sedimentproben wurden bei -20 bis -25 °C über Nacht vorgefroren, gefriergetrocknet und
anschließend im Siebsatz gesiebt. Folgende Fraktionen wurden abgetrennt, für jeden Standort
ausgewogen und verschiedenen Verwendungen zugeführt:
• Fraktion 2 mm: Schwermetallanalytik nach Königswasseraufschluß und TOC-Bestimmung.
• Fraktion 63 µm: Extraktion und chemische Analyse der stofflichen Belastung (Analytik von
Chlororganika (DDX-Verbindungen, PCBs, Chlorbenzole, HCHs) und PAHs (insgesamt ca.
50 Analyte).
Die 63µm-Fraktion wurde mit ASE (Accelerated Solvent Extraction) mit einem Gemisch von
Toluol/Aceton 70:30 extrahiert. Elementarer Schwefel wurde durch Zugabe von aktiviertem
Kupfer entfernt. Die Analyse erfolgte mittels GC/MS unter Verwendung interner Standards.
Die Wiederfindung betrug für die Organochlorverbindungen zwischen 86 % und 97 % und für
die PAHs zwischen 75 % und 90 % (Wenzel et al., 1998, Hubert et al., 2000, Hubert et al.,
2001).
4 Extraktion und Identifizierung von organischen und anorganischen Schadstoffen
Zur Ermittlung der stofflichen Ursachen der gemessenen Wirkungen wurden die Extrakte einer
biotestgeleiteten Fraktionierung und Analytik unterzogen (Brack et al., 1999). Dabei wird durch
eine Fraktionierung der Stoffgemische die Komplexität der Proben reduziert. Die anschließende
Analytik kann sich dann auf die wirksamen Fraktionen konzentrieren, die in der Regel weniger
komplex und damit einer chemischen Identifizierung leichter zugänglich sind. Das Ziel ist die
Herstellung eines Kausalzusammenhanges zwischen stofflicher Belastung und biologischer
Wirkung, aus der maßgeschneiderte Sanierungsstrategien abgeleitet werden können.
Eine erste säulenchromatografische Fraktionierung erfolgte an Alumnia. Auf diese Weise wird
eine Trennung der Komponenten in vier Fraktionen erreicht, deren Komponenten sich durch
unterschiedliche Polarität auszeichnen. Nach einem Lösungsmittelwechsel zu DMSO wurde
die Probe für die biologische Wirkungstestung bereit gestellt. Bis dato liegen die Extrakte der
Standorte Königstein, Dresden, Wittenberg, Dessau (Leopoldhafen), Barby und Magdeburg
vor. Die Extraktion und Fraktionierung der verbleibenden Standorte ist in Arbeit.
5 Biologische Wirkungstestung
Die Belastung der Sedimentproben hinsichtlich einer biologische Wirksamkeit wird sowohl an
Sedimentextrakten als auch an Gesamtsedimenten untersucht.
Durch die Anwendung von Sedimentkontakttesten in Form eines pflanzlichen Aufwuchstests
mit Lemna minor sowie eines Entwicklungsbiotests mit Fischeiern von Danio rerio werden
sowohl unterschiedliche trophische und physiologische Kompetenzen von Organismen repräsentiert
als auch die Frage der Bioverfügbarkeit von Expositionen gegenüber belasteten Sedimenten
direkt adressiert. Bisherige Ergebnisse zeigen für alle bis dato getesteten 6 Standorte
eine deutliche Toxizität (Abb. 1).
10

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Wachstumshemmung (%)
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Königstein
Dresden
Wittenberg
Dessau
Barby
Magdeburg
Abbildung 1: Toxizität von Gesamtsedimenten gegenüber Lemna minor.
Zur Herstellung von kausalen Beziehungen zwischen erkennbaren Belastungen und wirkspezifischen
Effekten werden die Sedimentextrakte mit wirkweisenorientierten Bioassays charakterisiert.
Zur wirkweisenspezifischen Analyse werden molekulare Assays sowie organismische
Biotests zur Detektion von Photosynthesestörungen (Algenkurzzeittest), von Hemmungen des
bakteriellen Energiestoffwechsel (Kurzzeit-Leuchtbakterientest), von akuter Invertebratentoxizität
(Daphnien-Immobilisierungstest) und von dioxin-ähnlichen Effekten (EROD-Assay an
Fischzellen) sowie ein Gentoxizitätstest (bakterieller umu-Assay) und ein Cytotoxizitätstest an
Fischzellkulturen (Neutralrot-Assay) eingesetzt (Altenburger und Segner 2000, Dayeh et al.
2002, Schirmer et al. 2001).
6 Zeitintegriertes Monitoring der Wasserphase mit SPMDs
Als Instrument zur zeitintegrierten Erfassung der gelösten (und damit leicht bioverfügbaren)
Anteile an hydrophoben organischen Schadstoffen und zur Abschätzung des Risikos kontaminierter
Sedimente für aquatische Organismen werden lipid-gefüllte semipermeable Membranen
(SPMDs) genutzt (Vrana et al., 2001a, Vrana et al., 2001b). Sie sind über einen Zeitraum von 4
Wochen in Stillwasserbereichen an den Standorten Bad Schandau, Torgau, Wittenberg, Dessau
und Barby der vorausgegangenen Sediment-Probenahme exponiert worden. Zusätzlich erfolgte
bei Mühlberg die SPMD-Exposition direkt im Elbestrom. Aus den akkumulierten Schadstoffmengen
können mit Hilfe des Fugazitätsmodells Aussagen zum Remobilisierungspotential der
Schadstoffe aus den belasteten Sedimenten getroffen werden. Außerdem ist aufgrund der Langzeitakkumulation
bei Einsatz sehr nachweisempfindlicher Analysenverfahren die Identifizierung
gelöster Verunreinigungen noch in extremen Spuren möglich.
7 Literatur
Altenburger R, Segner H 2000. Anwendung biologischer Testverfahren für ökotoxikologische Wirkungsanalysen.
In: Fomin A et al. (Hrsg.) Bioindikation. Biologische Testverfahren. Verlag G. Heimbach, Stuttgart,
S. 23-31.
Brack W, Altenburger R, Dorusch F, Hubert A, Möder M, Morgenstern P, Moschütz S, Mothes S, Schirmer
K, Wennrich R, Wenzel K-D, Schüürmann G 2002a. Hochwasser 2002. Chemische und toxische Belastung
überschwemmter Gemeinden im Raum Bitterfeld. UWSF - Z. Umweltchem. Ökotox. 14: 213-220.
11

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Brack W, Altenburger R, Ensenbach U, Möder M, Segner H, Schüürmann G 1999. Bioassay-directed identification
of organic toxicants in river sediments in the industrial region of Bitterfeld (Germany) - A
contribution to hazard assessment. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 37: 164-174
Dayeh, VR, Schimer K., and Bols NC 2002. Development and application of fish cell line bioassays for
evaluating the toxicity of industrial effluents. Water Res. 36: 727-3738.
Hubert A, Wenzel K-D, Manz M, Weissflog L, Engewald W, Schüürmann G 2000. High extraction efficiency
of POPs in real contaminated soil samples using accelerated solvent extraction. Anal. Chem. 72: 1294-
1300.
Hubert A, Wenzel K-D, Engewald W, Schüürmann G 2001. Accelerated solvent extraction - More efficient
extraction of POPs and PAHs from real contaminated plant and soil samples. Rev. Anal. Chem. 20: 101-
144.
Vrana B, Paschke A, Popp P, Schüürmann G 2001a. Use of semipermeable membrane devices (SPMDs):
Determination of bioavailable, organic, waterborne contaminats in the industrial region of Bitterfeld,
Saxony-Anhalt, Germany. ESPR - Environ. Sci. & Pollut. Res. 8: 27-34.
Vrana B, Paschke A, Popp P 2001b. Polyaromatic hydrocarbon concentrations and patterns in sediments and
surface water of the Mansfeld region, Saxony-Anhalt, Germany. J. Environ. Monitor. 3: 602-609.
Wenzel K-D, Hubert A, Manz M, Weissflog L, Engewald W, Schüürmann G 1998. Accelerated solvent
extraction of semivolatile organic compounds from biomonitoring samples of pine needles and mosses.
Anal. Chem. 70: 4827-4835.
Schadstoffbelastung in Hochwassersedimenten
Ursula Anacker, Ulrich Gutteck, Matthias Welker
Landesamt für Umweltschutz Sachsen-Anhalt, Dezernat Bodenschutz/Altlasten, Reideburger Straße 47,
06116 Halle (Saale), Tel 0345/5704-443, Fax 0345/5704-405, ursula.anacker@lau.mu.lsa-net.de
1 Untersuchungsziel und Probennahmen
Die vom Landesamt für Umweltschutz wenige Tage nach Eintritt des Hochwassers eingeleiteten
Untersuchungen dienten dem Ziel, Hinweise auf die Schadstoffbelastung zu erhalten, die
in den überschwemmten bzw. überfluteten Gebieten durch das extreme Hochwasser selbst und
die Ablagerung der Sedimente entstand. Dazu wurde ein Untersuchungsprogramm nach
behördlicher Abstimmung per Erlass als "Sondermessprogramm Hochwassersedimente und
Boden" durch das zuständige Ministerium verfügt und umgesetzt. Die gewonnenen Untersuchungsergebnisse
werden mit Prüf- und Maßnahmenwerten der Bundes-Bodenschutz- und
Altlastenverordnung verglichen; die Forderungen dieser Verordnung an die Beprobungsdichte
konnten nicht eingehalten werden. Das Landesamt für Umweltschutz hat Proben auf insgesamt
nur 75 Flächen aus dem mehrere Hundert Quadratkilometer (!) großen Überflutungsgebiet
entnommen.
Weil eine Gefährdungsabschätzung im Sinne des Bodenschutzrechts weder möglich noch beabsichtigt
war, stand die Frage im Vordergrund, ob nach dem Hochwasser vom August 2002 deutlich
andere als aus den Vorjahren bekannte Verhältnisse festzustellen sind. Dieses
Untersuchungsziel war am besten zu erfüllen, indem an jenen Stellen Proben entnommen
wurden, zu denen aus früheren Probennahmen bereits Untersuchungsergebnisse vorlagen - alle
vom Landesamt für Umweltschutz entnommenen Proben stammen von solchen Stellen /1/.
Im Zeitraum vom 23.08.02 bis 09.10.02 wurden Proben aus den Überschwemmungsgebieten
und den durch Deichbrüche überfluteten Gebieten entnommen. In Abstimmung mit anderen
12

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Behörden des Landes Sachsen-Anhalt betrafen die Beprobungen die freie Fläche und nicht die
kommunalen Innenbereiche. Die Beprobung der ausgewählten Flächen erfolgte für Sedimentproben
oberflächennah, für Bodenproben bei Grünlandflächen in 0-10 cm und bei Ackerflächen
in 0-10 und 10-30 cm. Im Vergleich mit den früheren Ergebnissen konnten damit Aussagen zum
Einfluss des Überschwemmungsereignisses tiefendifferenziert gewonnen werden.
2 Bewertung der Ergebnisse
Insgesamt hat das Landesamt für Umweltschutz an 75 Stellen Proben genommen. Nur an 65
Stellen waren auch gleichzeitig Proben vom Hochwassersediment möglich. Es wurden 157
einzelne Proben ausgewertet.
Im Ergebnis ist festzustellen, dass durch das Hochwasser im August 2002 im Allgemeinen
keine Verschlechterung der stofflichen Belastung der Böden in den Überschwemmungsgebieten
der Elbe und der Mulde eingetreten ist. Im Wesentlichen unterscheidet sich die Situation
der stofflichen Bodenbelastung vor und nach dem Hochwasser nicht.
Auffällig ist die große Schwankungsbreite bei den Untersuchungsergebnissen aller Schwermetalle
und Arsen (Abb 1). Die Maßnahmenwerte der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung
für die Grünlandnutzung sind im Falle von Arsen und Quecksilber regelmäßig
überschritten, ebenso wie vor dem Hochwasserereignis. Die Streubreite der gemessenen
Konzentrationen für Arsen ist vor dem Hochwasserereignis vielfach deutlich höher als zur Zeit
des Hochwassers. Bei Kupfer treten Überschreitungen der Maßnahmenwerte von 200 mg/kg ab
Elbe-km 330 bei Magdeburg auf. Dieser Maßnahmenwert für Kupfer gilt für die Grünlandnutzung
durch Schafe; andernfalls liegt der Maßnahmenwert bei 1300 mg/kg und wird in keinem
Fall erreicht. Die Konzentrationen von Cadmium, Blei und Nickel erreichen die Maßnahmenwerte
nach dem Hochwasserereignis nicht. Für Quecksilber ist die Tendenz einer stärkeren
Belastung oberhalb der Saalemündung (Elbe-km 290) zu erkennen, die sich im weiteren Elbeverlauf
fortsetzt. Dieser Sachverhalt wird in Abbildung 2 deutlich. Ein Anstieg der Arsenkonzentrationen
auf Flächen durch den Einfluss der Mulde bei Dessau ist erkennbar
(Muldemündung bei Elbe-km 260), dieser ist jedoch räumlich begrenzt. Im Überschwemmungsbereich
der Mulde ist die Arsenbelastung stark ausgeprägt, die Maßnahmenwerte sind
z.T. deutlich überschritten.
Auffallend ist, dass kritische Bodenbelastungen (vgl. Arsen und Quecksilber) auf die Überschwemmungsgebiete
beschränkt sind. Die während der Flutkatastrophe aufgrund von Deichbrüchen
einmalig überschwemmten Flächen weisen in keinem Fall eine Überschreitung der
Maßnahmenwerte auf.
Zwar ist eine schwach ausgeprägte Tendenz zunehmender Arsen-Gehalte mit zunehmender
Bindigkeit der Böden erkennbar, Häufigkeit und Dauer von Überflutungsereignissen scheinen
aber als Einflussfaktoren bedeutender zu sein. Überschwemmungsereignisse werden durch die
Reliefverhältnisse gesteuert - so erklärt sich, dass in relativ geringen Abständen deutlich
voneinander abweichende Schadstoffgehalte gemessen werden. Abbildung 3 zeigt ein Höhenprofil
zur Verdeutlichung der Reliefunterschiede.
Deutliche Unterschiede der Schadstoffkonzentrationen zwischen oberflächennaher Boden- und
zugehöriger Sedimentprobe sind nicht festzustellen, auch wenn die Schwermetallkonzentration
der oberflächennahen Bodenproben vielfach geringfügig höher ist als jene der Sedimentproben.
Ein Tiefengradient ist nachweisbar; bereits in der zweiten Tiefenstufe (10 - 30 cm) ist eine deutliche
Abnahme der Arsen- und Quecksilbergehalte festzustellen.
Für organische Schadstoffe liegen Untersuchungsergebnisse 'vor dem Hochwasserereignis'
vom jeweiligen Untersuchungsauftrag abhängige Messungen ausgewählter Summenparameter
13

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Pb, mg/kg (Maßnahmenwert 1.200, Vorsorgewert 40/70/100)
Ni, mg/kg (Maßnahmenwert 1.900, Vorsorgewert 15/50/70)
vor
400
vor
120
nach
nach
300
80
200
40
100
0
150 200 250 300 350 400 450 500
Elbe-km
0
150 200 250 300 350 400 450 500
Elbe-km
Cd, mg/kg (Maßnahmenwert 20, Vorsorgewert 0,4/1,0/1,5)
Hg, mg/kg (Maßnahmenwert 2, Vorsorgewert 0,1/0,5/1,0)
25
vor
nach
40
vor
nach
20
30
15
20
10
5
10
0
150 200 250 300 350 400 450 500
Elbe-km
0
150 200 250 300 350 400 450 500
Elbe-km
Cr, mg/kg (kein Maßnahmenwert, Vorsorgewert 30/60/100)
Zn, mg/kg (kein Maßnahmenwert, Vorsorgewert 60/150/200)
400
vor
nach
2500
vor
nach
300
2000
1500
200
1000
100
500
0
150 200 250 300 350 400 450 500
Elbe-km
0
150 200 250 300 350 400 450 500
Elbe-km
Cu, mg/kg (Maßnahmenwert 200/1.300, Vorsorgewert 20/40/60)
As, mg/kg (Maßnahmenwert 50, nach LAGA Vorsorgewert 20)
400
vor
nach
250
vor
nach
300
200
150
200
100
100
50
0
150 200 250 300 350 400 450 500
Elbe-km
0
150 200 250 300 350 400 450 500
Elbe-km
Abb. 1:
Werte von Bodenproben aus den Überschwemmungsgebieten der Elbe vor und nach
dem Hochwasserereignis im August 2002
(An den Diagrammen stehen die Maßnahmenwerte für den Wirkungspfad Boden – Nutzpflanze, Grünland, und die nach
Substrat gestaffelten Vorsorgewerte der BBodSchV, im Falle von Arsen gilt die Empfehlung der LAGA für den natürlichen
Schwankungsbereich des Arsengehaltes im Boden als Vorsorgewert, Mitteilungen der LAGA 20 /2/)
14

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
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Flusslauf Elbe und Mulde
Überschwemmungsgebiete der Elbe
aufgrund von Deichbrüchen
überflutete Flächen
As, mg/kg
#S 0 - 20 (LAGA Vorsorgewert unterschritten)
#S
#S
#S
20 - 50 (Maßnahmenwert unterschritten)
50 - 100 (Maßnahmenwert überschritten)
> 100 (Maßnahmenwert deutlich überschritten)
#S#S
#S#S#S
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#S#S #S#S
#S#S#S
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#S
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Hg, mg/kg
#S < 1 (Maßnahmenwert deutlich unterschritten)
#S
#S
#S
#S
1 - 2 (unterhalb des Maßnahmenwertes)
2 - 5 (Maßnahmenwert überschritten)
5 - 10 (Maßnahmenwert deutlich überschritten)
> 10 (Maßnahmenwert sehr deutlich überschritten)
#S#S#S#S #S #S#S #S#S
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#S#S #S#S
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#S#S #S #S#S #S#S
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#S #S #S#S#S #S#S
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#S#S#S #S#S#S
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#S
#S#S#S
Abb. 2:
Verteilung der Arsen- und Quecksilbergehalte nach dem Hochwasserereignis
im August 2002
und Screening-Messungen vor. Als Einzelstoffe wurden 'vor dem Hochwasserereignis' Dioxine
an den Bodendauerbeobachtungsflächen des Landes gemessen.
Alle gemessenen Konzentrationen organischer Schadstoffe wurden 'vor dem Hochwasserereignis'
im Überschwemmungsgebiet der Elbe als unkritisch eingeschätzt. Gefundene Höchstwerte
'nach dem Hochwasserereignis' zeigt die Tabelle beispielhaft für die Grünland-Nutzung.
Organische Schadstoffe stellen mit Ausnahme der Überschwemmungsgebiete der Mulde kein
sonderliches Problem dar. Die Vergleichswerte werden unterschritten. Ausnahmen bilden
β-HCH, PCB und DDT auf einer Fläche in der Muldeaue. In der Muldeaue hat insbesondere die
Kontamination mit β-HCH schon im Jahre 1994 zum Erlass einer Gefahrenabwehrverordnung
geführt.
b e i E l b e - k m 2 4 3
6 3
6 2 , 5
Höhe in m über NN
6 2
6 1 , 5
6 1
6 0 , 5
6 0
5 9 , 5
5 9
0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 6 0 0
B r e i t e i n m
Abb. 3: Querschnitt durch das Überschwemmungsgebiet der Elbe bei km 243
(Stark überhöhte Darstellung. Das Flussbett befindet sich bei Meter 1.600, Deiche wurden nicht dargestellt.)
15

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Tabelle:
Gefundene Höchstwerte organischer Schadstoffe in Boden- und Sedimentproben auf
Grünland in den Überschwemmungsgebieten der Elbe und Mulde nach dem Hochwasserereignis
im August 2002
Grünland
Parameter n Höchster Wert Vergleichswert
n Vergleichs-
Mittelwert
(mg/kg)
(mg/kg) wertüber-
(mg/kg)
schreitung
B(a)P 112 0,831 1 - 0,153
-HCH 112 53 10 2 0,7
PCB 111 0,4 0,2 1 0,04
DDT 112 86,1 80 1 1,63
HCB 112 4,1 8 - 0,16
Dioxine 10 870 . 10 –6 1.000 . 10 –6 - 360 . 10 –6
MKW 112 100 13,11
Bei Benzo(a)pyren wurde zum Vergleich der Prüfwert aus der Bundes-Bodenschutz- und
Altlastenverordnung für den Wirkungspfad Boden-Nutzpflanze, Nutzungsart Ackerbau, Nutzgarten,
herangezogen, bei β-HCH, DDT und Hexachlorbenzol der Prüfwert für den Wirkungspfad
Boden-Mensch, Nutzungsart Wohngebiet, bei Dioxinen der Maßnahmenwert für den
Wirkungspfad Boden-Mensch, Nutzungsart Wohngebiet. Natürliche MKW-Gehalte im Boden
betragen 10…100 mg/kg /3/. Prüfwerte sind Werte, bei deren Überschreiten - im Gegensatz zu
Maßnahmenwerten - nicht zwangsläufig eine Gefahrenlage anzunehmen ist.
Insgesamt hat das Hochwasser im August 2002 die landwirtschaftlichen und gärtnerischen
Pflanzenbestände mehr physisch vernichtet als dass ihre Verwertung durch die stoffliche Belastung
eingeschränkt worden wäre. Die Beachtung der Empfehlungen /4/, wie sie vom Ministerium
für Landwirtschaft und Umwelt gemeinsam mit dem Ministerium für Arbeit, Frauen,
Gesundheit und Soziales des Landes Sachsen-Anhalt für den Umgang mit landwirtschaftlich
und gärtnerisch genutzten Flächen in den Überschwemmungsgebieten herausgegeben wurden,
mindert die Hochwasserauswirkungen auf die neue Vegetation.
Alle ausgewerteten Untersuchungsergebnisse stehen digital zur Verfügung, ebenso wie eine
Dokumentation der Probennahmeorte /5/.
3 Ausblick
Dass durch das Hochwasserereignis im August 2002 keine Verschlechterung der stofflichen
Belastung in den Überschwemmungsgebieten der Elbe und Mulde eingetreten ist, kann über die
insgesamt bestehende Belastung nicht hinwegtäuschen. Den zuständigen Behörden obliegt es,
den Anhaltspunkten für das Vorliegen schädlicher Bodenveränderungen nachzugehen. Die
Forderungen der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung an die Beprobungsdichte
empfehlen dabei eine Konzentration der Beprobungskapazitäten auf Teilflächen, wenn
Vorkenntnisse eine Hypothese über die räumliche Verteilung der Schadstoffe dies gestatten.
Bisherige Kenntnisse deuten auf eine enge Kopplung der stofflichen Belastung mit der Bodenbeschaffenheit
hin, die ihrerseits von den Sedimentationsbedingungen und damit von der
Geländegestalt abhängt. Bodenkartierungen im notwendig großen Maßstab sowie digitale
Geländemodelle stehen jedoch nicht flächendeckend zur Verfügung. Eine Ausgrenzung der zu
untersuchenden Teilflächen ist deshalb erst möglich, wenn die Daten der beabsichtigten Höhenvermessung
der Überschwemmungsgebiete sowie die bodenkundliche Interpretation der vorliegenden
Bodenschätzungsdaten in digitaler Form vorliegen werden.
Seit dem Jahre 2001 fördert das Umweltministerium des Landes Sachsen-Anhalt ein
Forschungsvorhaben des Umweltforschungszentrums Leipzig-Halle zum Thema "Gefahrenab-
16

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
schätzung für Grundwasser und Nutzpflanzen bei erhöhten Gehalten von Cadmium, Zink,
Kupfer, Chrom, Nickel, Blei, Quecksilber und Arsen in Auenböden der Elbe". Das im Frühjahr
2004 abzuschließende Vorhaben soll den zuständigen Behörden eine prototypische Bewertung
der stofflichen Belastung in den Überschwemmungsgebieten bereitstellen.
4 Literatur
/1/ Landesamt für Umweltschutz Sachsen-Anhalt: Bodenzustand in den Flussauen des Landes Sachsen-
Anhalt, 1997, Elbaue-Beprobung, 2000, Muldeaue-Sachstandsbericht, 2001. Untersuchungsberichte
/2/ Mitteilungen der Länderarbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) 20: Anforderungen an die stoffliche
Verwertung von mineralischen Reststoffen/Abfällen - Technische Regeln -, September 1995.
/3/ Hübner, T.: Eignung verschiedener Pflanzen zur Sicherung und Langzeitdekontamination für feste bis
pastöse Kontaminationen aus der carbo- und petrolchemischen Industrie; Hallenser Bodenwissenschaftliche
Abhandlungen, Februar 2000.
/4/ Ministerium für Landwirtschaft und Umwelt des Landes Sachsen-Anhalt: Empfehlungen zum Umgang
mit überfluteten Flächen"; Erlass MLU AZ 26.1/67203/1, 27.September 2002.
/5/ Landesamt für Umweltschutz Sachsen-Anhalt: Untersuchungsergebnisse "Schadstoffbelastung in
Hochwassersedimenten (Schlussbericht)", Dezember 2002.
Transport von Schwermetallen bei Hochwasserführung der Elbe: gelöst,
partikel- oder kolloidgebunden?
Martina Baborowski 1 , Frank von der Kammer 2 , Kurt Friese 1
1 UFZ Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH, Sektion Gewässerforschung Magdeburg,
Brückstr. 3a, 39114 Magdeburg, Tel./Fax 0391/8109630/150, babo@ufz.gm.de
2 TU Hamburg Harbug, Arbeitsbereich Umweltschutztechnik, Eissendorfer Straße 40, 21073 Hamburg
1 Einleitung
Die Wasserbeschaffenheit an der IKSE Messstelle Magdeburg spiegelt unter normalen Abflussbedingungen
das Ergebnis von Einträgen aus dem Oberlauf der Elbe, der Mulde sowie der Saale
wider und repräsentiert damit die Belastungssituation der mittleren Elbe.
Während des Augusthochwassers 2002, das durch extreme Abflüsse aus der Oberelbe und der
Mulde charakterisiert war, wurden an dieser Messstelle über einen Zeitraum von zwei Wochen,
täglich Wasserproben entnommen und analysiert. Neben der Konzentration von Schwermetallen
und Arsen, wurde die Konzentration und Partikelgrößenverteilung der abfiltrierbaren
Stoffe sowie die Konzentration organischer Summenparameter (DOC,UV) bestimmt.
2 Untersuchungsstrategie
Das erste signifikante Ereignis im Verlauf einer Hochwasserwelle im Bereich der mittleren Elbe
stellt das Überspülen der Buhnenköpfe der Buhnenfelder dar. Dabei werden durch Erosion die
in der Zeit vor dem Hochwasser sedimentierten, nicht konsolidierten Sedimente resuspendiert
und in die fließende Welle des Hauptstroms eingetragen. Im Ergebnis sind in der Wasserphase
des Hauptstroms kurzzeitig deutlich erhöhte Schweb- und Schadstoffkonzentrationen messbar.
Diese, zeitlich mehrere Tage vor dem Abflussmaximum auftretenden Konzentrationsmaxima,
stellen ein Maß für die vor dem Hochwasser in den Buhnenfeldern im Bereich der Messstelle
deponierten, leicht erodierbaren Stoffe dar. Alle weiteren im Verlauf der Hochwasserwelle
17

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
messbaren, erhöhten Stoffkonzentrationen spiegeln weiter oberhalb der Messstelle erfolgte
Einträge bzw. Einträge aus den Nebenflüssen wider.
Für die Messstrategie ist somit die Kenntnis des Abflussschwellwertes erforderlich, bei dem die
Buhnenköpfe überspült werden. Im Bereich der Messstelle Magdeburg liegt dieser bei ca. 800
m³/s (Spott und Guhr, 1996).
Bei einsetzendem Hochwasser werden daher nach Überschreiten des Schwellwertes ein Mal
täglich Proben über einen Zeitraum von mindestens 2 Wochen genommen. Danach erfolgt die
Weiterführung der Untersuchungen als wöchentliche Stichprobenahme.
3 Bewertung
Zur Bewertung der Ergebnisse wurden diese mit Ergebnissen von Hochwässern verglichen, die
in der Vergangenheit nach der gleichen Strategie beprobt wurden. Da Hochwässer untereinander
wegen ihrer in der Regel unterschiedlichen hydrologischen Vorgeschichte schwer zu
vergleichen sind, werden nachfolgend ausschließlich solche Hochwässer betrachtet, in deren
Verlauf wegen der hohen Wasserführung der Elbe das Pretziener Wehr gezogen werden musste.
Dadurch soll gewährleistet werden, dass zumindest die Überflutungsbedingungen oberhalb der
Messstelle ähnlich sind.
4 Material und Methoden
In täglich entnommenen Wasserproben wurden folgende Messgrößen bestimmt:
• Konzentration und Partikelgrößenverteilung der Schwebstoffe (Trockenrückstand nach
DIN 38409/H2, Partikelgrößenverteilung mittels PARTmasterL )
• Gesamte und gelöste Elementkonzentrationen (AAS, ICP-OES, ICP-MS)
• DOC (Dimatoc 100)
• UV-Extinktion bei 254 nm (Lambda 200)
• Kolloide (Asymmetrische Feld Fluss Fraktionierung: AFFF)
Die Abtrennung der suspendierten partikulären Stoffe (SPM) erfolgte über Whatman GF/F
Glasfaserfilter (Vakuumfiltration, -200 mbar). Die ökologisch wirksamen, partikulären bzw.
schwebstoff-gebundenen Konzentrationen der Elemente wurden durch Mikrowellenaufschluss
(HNO 3 /H 2 O 2 ) der Gesamtprobe und anschließende Substraktion der gelösten Anteile bestimmt.
Die Abtrennung der gelösten Elemente erfolgte durch Filtration unmittelbar nach der Probenahme
(Einwegspritzen mit Einwegfiltervorsätzen) unter Verwendung von Zelluloseacetat-
Membranfiltern der Porengröße 0,45 µm. DOC und UV wurden nach Filtration der Wasserprobe
über 0,45 µm PVDF-Filter (Millipore Millex HV) gemessen.
5 Ergebnisse
Augusthochwasser 2002
Im Ergebnis zeigte sich, dass neben partikulären auch gelöste und kolloidale Stoffe in stark
erhöhten Konzentrationen transportiert wurden. Erwartungsgemäß trat das Maximum der abfiltrierbaren
Stoffe zeitlich lange vor dem Abflußmaximum auf. Die suspendierten partikulären
Stoffe wiesen dabei einen hohen Anteil Feinmaterial auf (Abb. 1). Die in ihrer Zusammensetzung
unterschiedlichen Wässer der Teileinzugsgebiete waren an der Messstelle noch zu differenzieren.
Mit der ablaufenden Welle aus dem Bereich der oberen Elbe wurden die
Maximalwerte der partikulären Konzentrationen von Cr, Fe, Cu, Mn, Ni, Hg und Zn, zeitgleich
mit denen der abfiltrierbaren Stoffe, ermittelt. Die darauffolgende Muldewelle war durch
18

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
gleichzeitig auftretende Maximalkonzentrationen von partikulärem As, Pb und Cd, Feinpartikeln
und Kolloiden charakterisiert (Abb. 2, Abb. 3).
Während die Schwebstoffkonzentration nach Erreichen ihres Höchstwertes schnell wieder
abnahm, blieb die Konzentration der gelösten Schwermetalle, ebenso wie die des DOC (6,2-
10,8 mg/l) und der UV-Werte (0,18-0,34) längere Zeit erhöht. Die schlechte Filtrierbarkeit der
Proben sowie die Möglichkeit der Detektion von Nanopartikeln mittels AFFF, ohne jegliche
Voranreicherung, belegen den Transport eines hohen Anteils von kolloidalen Stoffen.
Bei Messungen während des Hochwassers im August 2002 am Wehr Geesthacht wurden in der
ablaufenden Welle rund 30 % der Schwebstoffe in der Größenfraktion kleiner 0.45 µm
gefunden (Abb. 3).
Das rechte Bild zeigt üblicherweise als "gelöst" bezeichnete kolloidale Partikel einer während
der Hochwasserwelle am Wehr Geesthacht entnommenen Wasserprobe.
Q Partikelzahl TR
300
Q [m 3 /s] &
Partikelzahl [10 5 /l]
4000
3000
2000
1000
0
12.8
13.8
14.8
15.8
16.8
17.8
18.8
19.8
20.8
21.8
22.8
23.8
24.8
Datum
80
60
40
20
0
TR [mg/l]
Partikelanzahl [10 5 /l]
250
200
150
100
50
0
1 10 100
Partikeldurchmesser
13.08.02
14.08.02
15.08.02
16.08.02
17.08.02
Abb. 1: Änderung von Durchfluss (Q), Konzentration (TR) und Partikelzahl (Messbereich 2-200
µm, linkes Bild) sowie Partikelzusammensetzung (rechtes Bild) der Schwebstoffe während
des Augusthochwassers 2002 an der Messstelle Magdeburg
TR Cu gelöst Cu partikulär
Partikel As_gelöst As partikulär
TR [mg/l]
80
60
40
20
0
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
Cu [µg/l]
Partikelanzahl
[10 5 /l]
4000
3000
2000
1000
0
12.8
13.8
14.8
15.8
16.8
17.8
18.8
19.8
20.8
21.8
22.8
23.8
24.8
12.8
14.8
16.8
18.8
20.8
22.8
24.8
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
As [µg/l]
Datum
Datum
Abb. 2: Verlauf vonTrockenrückstand (TR) der abfiltrierbaren Stoffe vs. Cu-Konzentrationen (linkes
Bild) sowie Partikelzahl vs. As-Konzentrationen (rechtes Bild) während des Augusthochwassers
2002 an der Messstelle Magdeburg.
19

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Partikel < 5 µm
Kolloide
Partikel < 5µm
[10 5 /l]
500
400
300
200
100
0
7.8
12.8
17.8
22.8
27.8
1.9
6.9
11.9
16.9
Datum
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Kolloide [rel.
Einheiten]
Abb. 3: Änderung der Partikel- und Kolloidkonzentrationen während des Augusthochwassers 2002
an der Messstelle Magdeburg (linkes Bild) sowie kolloidale Partikel im Rasterelektronenmikroskop
(Wehr Geesthacht, nach Filtration < 0.45 µm, rechtes Bild).
( p )
Q [m 3 /s]
TR [mg/L]
2002
4000
1995
2000
0 1999
2002
300
1995
150
0 1999
2000
2000
Pb ges [µg/L]
Hg [µg/L]
2002
40
1995
20
0 1999
2002
0,4
1995
0,2
0 1999
2000
2000
Abb. 4: Vergleich der Maximalwerte ausgewählter Messgrößen während der Winterhochwässer
1995, 1999 und 2000 sowie des Augusthochwassers 2002.
6 Vergleich mit früheren Hochwasseruntersuchungen
Im Vergleich zu 1995, 1999, und 2000 untersuchten Winterhochwässern waren im August 2002
signifikant erhöhte Konzentrationen an partikulärem As und Pb sowie erhöhte Konzentrationen
an gelöstem As, Fe und Cu messbar. Für alle übrigen Schwermetalle, wie auch Hg, sowie für
die abfiltrierbaren Stoffe lagen die im August 2002 ermittelten Konzentrationen unter den
Maximalwerten der zum Vergleich herangezogenen Hochwässer. Sie unterlagen somit einem
Verdünnungseffekt (Beispiele: Abb. 4).
20

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
7 Zusammenfassung
Neben Einträgen von partikulärem Arsen und Blei waren für das Hochwasser 2002 an der Messstelle
Magdeburg erhöhte Konzentrationen gelöster und kolloidaler Stoffe charakteristisch.
8 Diskussion
Der Transport und Verbleib von Schwermetallen im Fließgewässer wird wesentlich durch deren
Verteilung zwischen gelöster, kolloidaler und partikulärer Phase bestimmt. Nach Definition der
IU-PAC werden Spezies mit einer Größe < 1nm als gelöst, Feststoffe oder feststoffgebundene
Substanzen zwischen 1nm und 1 µm als kolloidal bzw. kolloidal gebunden sowie Feststoffe
bzw. feststoffgebundene Substanzen > 1 µm als Partikel bzw. partikelgebunden bezeichnet. In
der wasserwirtschaftlichen Praxis wird gegenwärtig in der Regel mit einer operationell definierten
Trenngrenze von 0,45 µm bzw. 0,2 µm zur Unterscheidung von gelösten und partikulären
Substanzen gearbeitet.
Gelöste und kolloidal gebundene Schwermetalle können über große Distanzen transportiert
werden, da sie nicht sedimentieren. Hydrochemische und geochemische Parameter bestimmen
dabei sowohl die Verteilung zwischen gelösten und feststoffgebundenen Anteilen, als auch die
Stabilität der nicht sedimentierenden kolloidalen Träger gegen Koagulation/Aggregation und
nachfolgender Ablagerung in Sedimenten. Ob eine relevante Konzentration an stabilen kolloidalen
Feststoffen in einer Hochwasserwelle aufgebaut wird, hängt neben hydrochemischen und
-biologischen Bedingungen auch von der Art des Hochwassers ab. Hierbei sind der Ursprung
der suspendierten Feststoffe und organischen Substanzen von Bedeutung. Niedrige Ionenstärke,
geringe Kalziumkonzentrationen und ein hoher Anteil an pedogenen Huminstoffen führen zu
einer erhöhten Konzentration stabiler kolloidaler Schadstoffträger. Ein Umstand, der für das
Augusthochwasser und die hierbei gefundenen, hohen Konzentrationen kolloidaler Partikel
zutreffen kann. Zänker et al. (2000 & 2002) fanden in Grubenwässern stillgelegter Minen im
Einzugsgebiet der Mulde nach Vermischung mit neutralen Wässern neu gebildete Kolloide mit
Größen zwischen 100 und 300 nm. Nahezu das gesamte Arsen und Blei in den Wässern war an
diese Kolloide gebunden. Der Aufklärung der Wechselwirkungen zwischen partikulären,
gelösten und kolloidalen Stoffen kommt somit aktuelle Bedeutung für die Abschätzung und
Bewertung der von früheren Einrichtungen des Altbergbaus ausgehenden Gefahren zu.
Der Kenntnis über die Bedeutung von gelösten und kolloidalen Stoffen steht ein Defizit im
Bereich der analytischen Erfassung, Bewertung und Modellierung gegenüber.
Die Bestimmung gelöster bzw. kolloidaler Komponenten ist in der Regel nicht Bestandteil von
Behördenmessprogrammen. Ebenso ist das Verhalten der hochmobilen kolloidalen Schwebstofffraktion
bisher nur unzureichend untersucht. Daher besteht Forschungsbedarf sowohl
hinsichtlich der Entwicklung als auch der Anwendung der entsprechenden Trenn- und Messtechniken.
9 Danksagung
Unser Dank gilt den Mitarbeitern des Umweltlabor Magdeburg des Landebetriebs für Hochwasserschutz
(im Aufbau) Sachsen Anhalt (Herrn Becker, Frau Göring) für die Unterstützung
in der Zeit, in der das UFZ Labor in der Folge des Hochwassers nicht arbeitsfähig war.
Besonderer Dank gilt Raimo Kopetzky, Hans-Joachim Dahlke und Florian Zander für ihren
Einsatz während der Hochwasserprobenahmen, Christina Hoffmeister, Renate Götzke, Andrea
Hoff und Marlies Wengler für die Durchführung der Elementanalysen und Bestimmung der
organischen Summenparameter.
21

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
10 Literatur
Zänker, H., Moll, H., Richter, W., Brendler, V., Hennig, Chr. Reich, T., Kluge, A., Hüttig, G. (2002). The
colloid chemistry of acid rock drainage solution from an abandoned Zn-Pb-Ag mine. Applied geochemistry.17,
5, 633-648
Zänker, H., Richter, W., Brendler, V. and Nitsche, H. (2000). Colloid-borne uranium and other heavy metals
in the water of a mine drainage gallery. Radiochimica acta. 88, 619-624.
Spott, D. and Guhr, H., (1996). The dynamics of suspended solids in the tidally unaffected area of the river
Elbe as a function of flow and shipping. Arch. Hydrobiol. Spec.Issues Advanc. Limnol. 47, 127-133.
Hochwasservoraussagen und Forschungsbedarf aus der Sicht der
Meteorologie
Christian Bernhofer, Franz Berger, Valeri Goldberg
Institut für Hydrologie und Meteorologie, Technische Universität Dresden, 01069 Dresden, Tel. 0351/
463-31340, Fax 0351/463-31302, bernhofer@forst.tu-dresden.de
1 Einleitung
Bei großen Einzugsgebieten genügt für eine rechtzeitige Prognose des Hochwassers oft der
Stand der Pegel oberstrom, solange diese Informationen zeitgerecht zur Verfügung stehen.
Hochwasservoraussagen für kleine und mittlere Einzugsgebiete sind auf eine frühe, örtlich und
räumlich konkrete Voraussage bzw. Diagnose des Niederschlags angewiesen. Die geforderte
Prognose des Niederschlags ist bis heute äußerst schwierig und versagt oft gerade bei kleinräumigen,
z.B. orographischen Verstärkungen. Gleichzeitig wurde in der Niederschlagsprognose
in den letzten Jahrzehnten wenig Verbesserung der Güte und Vorhersagedauer erzielt, obwohl
andere Größen seit den 60-er Jahren ständig früher und genauer vorhergesagt werden konnten.
Dieses Manko versucht ein gerade bewilligtes SPP der DFG zur Niederschlagsprognose durch
Intensivierung der Grundlagenforschung zu beheben.
In der Diagnose ist durch Kombination von konventionellen Niederschlagsmessungen mit Fernübertragung,
flächendeckender Radarinformation und dem Einsatz neuer Satelliten bald eine
deutliche Verbesserung der Eingangsinformation für die Hochwasservorhersage zu erwarten.
Eine besondere Rolle spielt dabei der METEOSAT Zweite Generation (MSG), der im August
2002 erfolgreich gestartet wurde und bald in 15-min Takt Wolkenbilder mit 1 km Auflösung
liefern wird. So lässt sich die Niederschlagswahrscheinlichkeit und -menge mit der für die
Hochwasservoraussage notwendigen Auflösung bereitstellen. Ein zusätzlicher Schwerpunkt ist
in der Datenassimilation von Messung und Modell sowie in der Nutzung von Wahrscheinlichkeitsvoraussagen
zu erwarten.
Die Ereignisse des Jahres 2002 machen aber auch deutlich, dass bei der statistischen Bewertung
der Niederschläge - und der Trockenperioden! - die bereits historische und zu erwartende
Klimaänderung zu berücksichtigen sind. Das bedeutet, in Zukunft die Dimensionierung des
Hochwasserschutzes an diese zu erwartenden räumlich und zeitlich anders verteilten Niederschläge
anzupassen.
22

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
2 Niederschlagsbeobachtung
Bodenmessung
Unverzichtbare Basis jeder Hochwasserforschung sind die Daten der Klima- und Wetterstationen,
dabei kommt der Fragestellung die eingeübte internationale Zusammenarbeit im Rahmen
der Weltorganisation für Meteorologie (WMO), eine Unterorganisation der UNO, zugute. Der
Niederschlag ist ein Klimaelement mit hoher räumlicher und zeitlicher Variabilität, das in
Deutschland operationell mit Hellmann-Ombrometern (200 cm², 1 m über Grund, Beobachtung
einmal täglich) gemessen wird. Für dieses Messverfahren existieren etablierte Korrekturverfahren,
die in der Wasserhaushaltsmodellierung zur Anwendung kommen. Für die Hochwasservorhersage
kommen aber vor allem die sogenannten hauptamtlichen Stationen (Nachteil:
geringe Stationsdichte) und automatische Stationen (Nachteil: wenig Qualitätskontrolle) in
Frage. Bei den automatischen Stationen sollten wägende Ombrometer genutzt werden, die auch
die Messung von festem Niederschlag ohne Heizung erlauben. Generell ist anzustreben, dass
die zahlreichen Messnetze auf Bundes- und Landesebene, sowie private Messnetze in eine den
Hochwasserzentralen zugängliche Datenbank einfließen, die auch für die Qualitätskontrolle
zuständig sein sollte. Dabei ist auf eine katastrophensichere Datenübermittelung und Datenzugänglichkeit
zu achten. Keineswegs dürfen die vorhandenen Messnetze weiter ausgedünnt
werden, da diese Daten als Input und zur Verbesserung der Hochwasservorhersage unverzichtbar
sind.
In Abb.1 ist die Niederschlagsverteilung des hochwasserauslösenden Niederschlags vom 12./
13. August 2002 dargestellt (Bernhofer und Goldberg, 2003). Durch die Kombination dreier
Messnetze ist die orographische Verstärkung am Kamm des Osterzgebirges deutlich zu
erkennen (verbreitet mehr als 300 mm/24 Std.), wobei im Lee durch frontales Aufgleiten lediglich
etwa 60 mm/24 Std. beobachtet wurden. Im einzelnen ist die Wirkung des Gebirges an der
Ereignissumme abzulesen: Dresden-Klotsche 182 mm, Grillenburg 268 mm, Schmiedeberg/
Dönschten 308 mm und Zinnwald 406 mm. Für Zinnwald wurden mit 353 mm in 24 Std. deutlich
mehr Niederschlag gemessen, als nach statistischer Analyse für 24 Std. zu erwarten war
(272 mm nach Dyck und Peschke, 1995).
Abb. 1. Verteilung des 24 Std.-Niederschlags am 12./13. August 2002
(Quellen: DWD, Meteomedia AG, eigene Daten)
23

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Fernerkundung
Seitens der Fernerkundung stehen bodengestützt Radardaten und die Daten von zahlreichen
Satelliten zur Verfügung. Radar liefert dabei eine Rückstreuinformation der flüssigen und
festen Wolkenteilchen, die als Hinweis für die räumliche Verteilung der Niederschläge dienen;
die Niederschlagsmenge lässt sich aus Radardaten allein nicht bestimmen. In der Kombination
mit automatischen Bodenstationen für die Niederschlagsmenge werden Radarsysteme heute
bereits zur Steuerung städtischer Kanalsysteme eingesetzt. Satelliten liefern einerseits Input für
die meteorologische Modellierung (Wetter- und damit auch Hochwasservorhersage), andererseits
können Daten der Wolkenentwicklung genutzt werden, um die Niederschlagsraten abzuschätzen.
Für Europa ist das mithilfe der Meteosat 6 Rapid Scan-Daten (zeitl. Auflösung 10
min, räuml. Auflösung ca. 7 km) bereits heute möglich. Eine deutliche Verbesserung ist mit
voller Inbetriebnahme des MSG (zeitl. Auflösung 15 min, räuml. Auflösung ca. 1 km) zu
erwarten.
3 Niederschlagsmodellierung
Wasserhaushalt der Atmosphäre
In der Numerischen Wetterprognose (NWP) wird der Zustand der Atmosphäre in Form von
dreidimensionalen Feldern vorhergesagt. Aufgrund der Zeitbeschränkung operationeller
Vorhersagen bleibt die räumliche Auflösung der Modelle begrenzt. Das Lokalmodell des DWD
(LM) hat z.B. eine horizontale Auflösung von derzeit 7 km und 35 Schichten in der Vertikalen.
Abb. 2. Verteilung der Niederschlagsraten am 10. August 2002, 1200 UTC auf Basis
von Meteosat 6 Rapid Scandaten (Verstärkung des Tiefs „Ilse“ über dem Golf von Genua)
24

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Für die Güte der Niederschlagsprognose ist die Parametrisierung der Wolkenbildung ausschlaggebend,
die wiederum auf empirischen Daten und sorgfältiger Modellanpassung beruht. Im
Gegensatz zu anderen meteorologischen Größen, z.B. dem Luftdruck, wird die atmosphärische
Feuchte lediglich über eine Haushaltsgleichung (die Massenbilanz unter Berücksichtigung aller
Aggregatzustände des Wassers muss erfüllt sein) berücksichtigt. In Konsequenz hat sich die
Punktprognose des Niederschlags in den letzten Jahrzehnten kaum verbessert (wohl aber die
großräumige Prognose).
Im Rahmen des genehmigten Schwerpunktprogrammes der DFG "Quantitative Niederschlagsprognose"
(Hense et al., 2003) soll Abhilfe geschaffen werden.
Wolken
Eine zentrale Rolle bei der Verbesserung der Niederschlagsvorhersage spielt die Beobachtung
und Modellierung von Wolken. Dabei ist sowohl in der Grundlagenforschung (Wolkenphysik,
Vertikaltransporte durch Konvektion), als auch in der Anwendung in Wettervorhersage- und
Klimamodellen (Niederschlagsentstehung, Strahlungstransfer) erheblicher Forschungsbedarf
vorhanden.
Lokales Recycling
Lokale Verstärkung oder Abschwächung des Niederschlags kann auch über die Rückkopplung
mit den Landoberflächen geschehen. Dabei wird der frontale oder konvektive Niederschlag
einerseits durch die Intensivierung des turbulenten Austauschs über rauen Oberflächen (z.B.
Wäldern) gefördert, andererseits durch die Landoberflächenverdunstung beeinflusst. Die
Rauigkeit, ausgedrückt über die Rauigkeitslänge z 0 , kann dabei über mehr als drei Größenordnungen
variieren. Für Modellanwendungen ist die effektive Rauigkeit entscheidend, die
wiederum von der Größe und Verteilung von Landschaftselementen abhängig ist. In der kleinräumigen
Landschaft Mitteleuropas ist die modellkonforme Beschreibung der effektiven
Rauigkeit besonders schwierig.
Die Verdunstung beeinflusst die Niederschlagsentstehung durch zusätzliche Labilisierung der
unteren Luftschichten und durch das Rückführen von Niederschlagswasser in den Wolkenentstehungsprozess
(‚lokales Reycling'). Die Unterschiede zwischen den einzelnen Landnutzungen
sind für einem durchschnittlichen Tag in Tabelle 1 zusammengefasst. Wälder spielen dabei eine
besondere Rolle: Sie sind gleichzeitig auch in Trockenperioden eine Quelle für Wasserdampf,
extrem rau und können so große Bereiche der atmosphärischen Grenzschicht beeinflussen.
Aufgrund ihrer Lage (bevorzugt in Gebirgen) kommt es auch zu einer Verstärkung der Wirkung
der Orographie.
Im Rahmen von BMBF-Programmen (AFO 2000, DEKLIM) werden Wolkenprobleme und
lokales Recycling behandelt, die Fortsetzung dieser wichtigen Projekte ist aber gefährdet.
Tabelle 1. Modellierte Evapotranspiration für verschiedene Vegetationstypen/Landnutzungen
bei gleichem Strahlungsinput (29.9.2001); Ergebnisse des BMBF-Projektes VERTIKO (Bernhofer
und Köstner, 2003)
Landnutzung Fichte Kiefer Gras krautige Unbedeck Versiegelt
Pflanzen ter Boden
Verdunstung (mm) 1.1 1.05 0.9 0.75 0.3 – 0.8 0
25

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
4 Gebietswasserhaushalt und Vorfeuchte
Landnutzung und Verdunstung
Auf die Bedeutung der Verdunstung in Abhängigkeit von der Landnutzung wurde bereits oben
hingewiesen. Bei der Reduzierung der Hochwasserwelle in der Fläche (Retention) ist die
Vorfeuchte des Gebietes ausschlaggebend. Diese kann wiederum durch tiefwurzelnde Pflanzen
(insb. Wälder) und durch gut wasserspeichernde Böden gefördert werden. Dabei werden
Extremhochwässer kaum beeinflusst, solche mit niedrigen Jährlichkeiten deutlich (siehe
Seegert et al., 2003).
Klimawandel
Im Zusammenhang mit dem Hochwasser im August 2002 wurde rasch ein Zusammenhang zur
stattfindenden globalen Erwärmung hergestellt. Dieser Schluss ist für ein Einzelereignis nicht
möglich, wenngleich die Wahrscheinlichkeit für heftige Niederschläge mit höheren Temperaturen
und größeren Wassergehalt der Atmosphäre steigt. Aufgrund der zahlreichenden Rückkopplungen
im System Erde-Atmosphäre ist eine Prognose der Niederschlagsentwicklung sehr
schwierig. Es ist daher wichtig vorhandene lange Niederschlagsreihen statistisch zu untersuchen.
Dabei zeigt sich z.B. für Sachsen, dass die Starkniederschläge > 20 mm in den letzen 30
Jahren deutlich zugenommen haben und gleichzeitig immer häufiger von längeren Trockenperioden
unterbrochen werden (Abb. 3 und 4). Damit wird auch das Paradoxon aufgelöst, dass bei
immer trockneren Sommern die Starkregenwahrscheinlichkeit ansteigt. Es ist dabei zu
beachten, dass dieser Trend in den östlichen Bundesländern deutlicher ausfällt. Im Winter ist
die Niederschlagsmenge in den letzten 50 Jahren in ganz Deutschland gestiegen, so dass
Winter- und Frühlingshochwässer im Zusammenhang mit der Schneeschmelze (im Hochgebirge
entsteht eine Zunahme der in der Schneedecke gespeicherten Wassermenge) ebenfalls
wahrscheinlicher geworden sind.Abb. 4. Häufigkeit der Trockenperioden in Sachsen nach
Dezenien.
5 Ausblick: Modellierung des Gesamtsystems und Datenassimilation
Bis auf weiteres wird es spezielle Modellsysteme geben, die an bestimmte Einzugsgebiete angepasst
sind und die spezifische Datensituation des Gebietes berücksichtigen. Gerade deshalb
Abb. 3. Trend der sommerlichen Starkniederschläge in Sachsen für die
klimatologischen Standardperioden 1961-1990 bzw. 1971-2000
(Quelle DWD, aus dem Endbericht CLISAX)
26

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
20
18
16
> 2 weeks
> 2.5 weeks
> 3 weeks
Identification of Dry Periods in Northern Saxony
(dry day: P < 0.1 mm)
14
abs. frequency
12
10
8
6
4
2
0
1951/ 60 1961/ 70 1971/ 80 1981/ 90 1991/ 00
decades
Abb. 4. Häufigkeit der Trockenperioden in Sachsen nach Dezenien
kommt der Datenassimilation meteorologischer und hydrologischer Information in meteorologische
und hydrologische Modelle besondere Bedeutung zu. Die Voraussetzung dafür ist neben
der Entwicklung geeigneter Assimilierungsmethoden die Zusammenarbeit über Fachgebietsgrenzen.
Im einzelnen haben folgende Aspekte besondere Priorität:
• Niederschlagsstatistik mit Extremen, zeitnaher Datengrundlage und unter Berücksichtigung
des Klimawandels (lokale Effekte des globalen Wandels)
• Abschätzung der Landnutzungseffekte:
- Welche Landnutzung ist nachhaltig? (Berücksichtigung von Dürreresistenz);
- Welche Jährlichkeiten können beeinflusst werden?
• Werkzeuge zur Kombination von Radar- und Satellitenbildern mit konventioneller Niederschlagsmessung
als Echtzeit-Input für hydrologische Modelle (Ort, Intensität und Dauer)
• Verbesserte Niederschlagsvorhersage (NWP) mit regionaler Verstärkung (Orographie.
Landnutzung) und Wahrscheinlichkeitsaussagen
• Entwicklung und Nutzung fortgeschrittener Werkzeuge der Datenassimilation zur Anpassung
der NWP-Modelle und der hydrologischen Modelle
Es existieren zahlreiche weitere Forschungslücken zur Verbesserung des integrierten Hochwasserschutzes!
Es bleibt jedoch abzuwarten, ob das Interesse aus dem Hochwasserjahr 2002 auch
im "Dürrejahr" 2003 vorhanden ist! Dabei ist der seit Juni 2003 zu beobachtende Wassermangel
nur die Kehrseite des Hochwasserproblems und sollte gerade bei der Bemessung von Speicherräumen
(in der Fläche und technisch durch Stauwerke) gleichermaßen berücksichtigt werden.
27

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Stets ist eine Kombination mit hydrologischen Modellen notwendig, so dass der Forschungsbedarf
aus Sicht der Meteorologie nie isoliert betrachtet werden darf. Mehr noch: Flutforschung
ist eine interdisziplinäre Aufgabe zwischen Natur-, Technik- und Sozialwissenschaften!
Diesem Gedanken wird das im Dezember 2002 gegründete virtuelle Flutforschungszentrum
(Dresden Flood Research Center) gerecht, in dem alle relevanten Teilgebiete der Flutforschung
mit ihren sächsischen Vertretern zusammengefasst sind.
6 Danksagung:
Die hier dargestellten Forschungen wurden gefördert im Rahmen von Projekten des BMBF
(AFO 2000 VERTIKO, AFO 2000 4D-Wolken) und des Sächsischen Ministeriums für Umwelt
und Landwirtschaft (CLISAX). Das Dresden Flood Research Center geht auf eine Initiative des
Sächsischen Ministeriums für Wissenschaft und Kunst zurück. Ihnen allen sei an dieser Stelle
gedankt.
7 Literatur
Bernhofer, Ch, und V. Goldberg, 2003: Meteorologische Aspekte des Hochwassers 2002. AFZ-DerWald, 5/
2003, 220-222.
Bernhofer, Ch. and B. Köstner, 2003: Vertical transports of trace gases at Anchor Stations and their spatial/
temporal extrapolation under complex natural conditions. AFO2000 Newsletter 2, 3-6.
Dyck, S., Peschke, G., 1995: Grundlagen der Hydrologie. Verl. f. Bauwesen, 3. Aufl.
Hense, A., Adrian, G., Kottmeier, Ch., Simmer, C. und V. Wulfmeyer, 2003: Quantitative Niederschlagsvorhersage:
Ein Anspruch der Gesellschaft an die Meteorologie. Genehmigtes SPP der DFG, http://
www.meteo.uni-bonn.de/proiekte/SPPMeteo/
Seegert, J., M. Armbruster, K.-H. Feger und Ch. Bernhofer, 2003: Einfluss unterschiedlicher Bestockung auf
die Dynamik des Gebietsabflusses. AFZ-DerWald, 8/2003, 419-423.
Elbehochwasser 2002: organische Spurenstoffe in Wasser- und
Schlammproben im Raum Dresden
Hilmar Börnick, Thomas Grischek, Eckhard Worch
TU Dresden, Fakultät Forst-, Geo- und Hydrowissenschaften, Institut für Wasserchemie, 01062 Dresden,
Tel. 0351/463-32759, Fax. 0351/463-37271, boernick@rcs.urz.tu-dresden.de
1 Einleitung
Als Ergebnis von Untersuchungen im Zusammenhang mit dem Hochwasser vom August 2002
wurde in verschiedenen Veröffentlichungen und Berichten festgestellt, dass sich keine oder nur
geringfügige Zunahmen der Konzentration an Pestiziden, Mineralölen und Nährstoffen in der
Elbe ergaben. Eine Erhöhung der Schadstoffkonzentration in der Wasserphase resultierte in
erster Linie aus der Aufwirbelung der Sedimente [1,2]. In anderen Meldungen wurde auf eine
deutlich erhöhte Belastung der Elbe mit Schwermetallen und organischen Substanzen wie
Quecksilber und Dioxin hingewiesen, die durch die Überflutung und nachfolgende Emission
von Schadstoffen von Chemiewerken in Tschechien verursacht wurde. Mehrfach wurde prognostiziert,
dass ein hohes Gefährdungspotential von den Hochwasserschlämmen ausgeht [3].
Ziel der hier vorgestellten Untersuchungen war es, durch Messung wichtiger Summenparameter
und ausgewählter Wasserinhaltsstoffe einen Beitrag zur objektiven Bewertung einer
möglichen Gefährdung der Trinkwasserversorgung durch Schadstoffe im Elbewasser bzw. in
28

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
den Schlämmen infolge des Hochwassers zu leisten. Einen Schwerpunkt der Untersuchungen
stellten dabei Screeninganalysen mittels GC/MS dar, um mögliche organische Umweltschadstoffe
identifizieren zu können. Mit Hilfe von Probennahmen an ufernahen Messstellen im
Fassungsbereich des Wasserwerkes Torgau-Ost sollte außerdem überprüft werden, ob im Elbewasser
nachgewiesene Schadstoffe auch im Uferfiltrat nachweisbar sind. Unter Verwendung
von Testfilterversuchen nach SONTHEIMER wurde das Abbauverhalten einiger gemessener
Parameter charakterisiert.
2 Probennahme
Die Wasserproben wurden im Zeitraum vom 16. bis 22. August täglich stichpunktartig von
Brücken im Zentrum von Dresden mittels Schöpfer entnommen. Zur Einordnung der Messwerte
während der Hochwasserperiode wurden weitere Beprobungen im September und
Dezember 2002 durchgeführt.
Die Entnahme von Schlammproben erfolgte kurz nach Rückgang des Hochwassers im Zeitraum
vom 21. bis 27. August 2002. Die noch feuchten Schlamm- bzw. Bodenproben wurden an
verschiedenen Stellen links- und rechtsseitig der Elbe im Bereich von Pillnitz (km 43) bis
Cossebaude (km 68) mittels Probenstecher oder Spatel genommen.
3 Methodik
Wasserphase
Elbewasserproben wurden bezüglich folgender organischer Parameter untersucht: SAK
(254 nm), DOC, AOX, aromatische Amine nach Festphasenextraktion (HPLC/DAD) sowie
Atrazin (GC/MS; SIM-Modus). Ein Screening auf mittel- bis unpolare verdampfbare organische
Wasserinhaltsstoffe erfolgte nach SPE-Anreicherung auf Festphasen unterschiedlicher
Polarität (Phenyl, C8, SDB1) mittels GC/MS im SCAN-Modus bei Verwendung der Trennsäule
HP-5 MS.
Sedimentphase
Die Hochwasserschlämme wurden gefriergetrocknet, im Achatmörser gemahlen und auf < 0,2
mm gesiebt. Für die Untersuchung der organischen Einzelstoffe wurde zur Vermeidung möglicher
Verluste beim Mahlvorgang die Kornfraktion < 2 mm ohne vorherige Aufmahlung
verwendet. Die vorbehandelten Feststoffproben wurden auf folgende organische Parameter
analysiert: AOX, TOC, ausgewählte Chlorkohlenwasserstoffe (GC/MS; SIM) und Screening
bezüglich mittel- bis unpolarer organischer Stoffe (Soxhletextraktion mit Toluol, SPE-cleanup)
mit GC/MS im SCAN-Modus.
4 Ergebnisse und Diskussion
Wasserphase
Der Summenparameter DOC und der SAK waren im Vergleich zu den sonst üblichen Werten
in der Elbe (ca. 5 mg/L bzw. 15 m -1 ) deutlich erhöht. Dieser Anstieg wurde durch Abschwemmungen
von organischem Material (vorrangig Huminstoffe) aus Böden sowie den Ausfall von
Kläranlagen infolge Überflutung verursacht, wobei die Auswirkungen noch einige Monate nach
dem Hochwasser erkennbar sind. Für den Parameter AOX wurde keine Konzentrationserhöhung
während des Hochwassers im Vergleich zur Mittel- und Niedrigwasserführung beobachtet.
29

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Anhand der Screeninguntersuchungen wurde neben einigen sehr kleinen Signalen verschiedener
PAK und Phenole das in Deutschland verbotene Atrazin identifiziert und nachfolgend
sicher verifiziert. Atrazin wurde in den letzten Jahren häufig im unteren ng/L-Bereich in der
Elbe bestimmt [4]. Da trotz der hohen Wasserführung während der Flut ein Konzentrationsanstieg
registriert wurde (Bild 1), wird von einer erheblichen Ausspülung des Stoffes aus Böden
insbesondere in Tschechien ausgegangen. Die höchste Konzentration bzw. Fracht wurde mit
269 ng/L bzw. 23,2 g/d am 18.08.2002 gemessen.
Testfilterversuche nach SONTHEIMER mit Elbewasser, das eine Atrazinkonzentration von
124 ng/L aufwies, ergaben, dass der Wirkstoff innerhalb von 3 Wochen unter aeroben Bedingungen
nicht abgebaut wird. Dennoch wurde in elbenahen Messstellen einer Uferfiltrationsstrecke
im Fassungsbereich des Wasserwerkes Torgau-Ost kein Atrazin nachgewiesen
(analytische Nachweisgrenze: 25 ng/L). Möglicherweise erfolgt hier eine anoxische Umsetzung
des Atrazins.
Mit Hilfe von weiteren Testfilterversuchen wurde festgestellt, dass die erhöhten DOC-Konzentrationen
im Elbewasser während und nach dem Hochwasser vor allem auf einen erhöhten
Anteil schwer oder nicht abbaubarer organischer Verbindungen zurückzuführen sind.
Aromatische Amine, die in den vergangenen Jahren mehrfach in der Elbe nachgewiesen wurden
und Abwassereinleitungen der chemischen Industrie in Tschechien zugeordnet werden konnten
[5], wurden während des Hochwassers nicht nachgewiesen (Nachweisgrenzen 26 bis 120 ng/L).
Schlämme
Die TOC- und AOX-Gehalte der Schlämme liegen im für Elbesedimente typischen Bereich
bzw. etwas darunter.
1000
300
Pegel in cm
900
800
700
600
500
400
300
200
Pegel Dresden
Atrazin
250
200
150
100
50
Konzentration Atrazin in ng/L
100
0
0
13.7.02
7.8.02
1.9.02
26.9.02
21.10.02
15.11.02
10.12.02
Bild 1:
Verlauf der Atrazinkonzentration während des Hochwassers im Vergleich zu
September bzw. Dezember 2002
30

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
700
Gehalt in µg/kg Trockenmasse
600
500
400
300
200
100
0
1,2,4-Trichlorbenzen
Hexachlorbenzen
Pillnitz
Kleinzschachwitz
Altstadt
DD-Neustadt
Blasewitz
Gohlis
Cossebaude
Kötzschenbroda
Tolkewitz
Laubegast
Bild 2:
Gehalt von 1,2,4-Trichlorbenzen und Hexachlorbenzen in Hochwasserschlämmen
im Raum Dresden
Anhand der Screeninguntersuchungen der Schlämme wurden verschiedene organische Schadstoffe
identifiziert, z.B. Phenole, PAK, PBSM (DDT, DDD) und Chloraromaten. Obwohl die
Proben an verschiedenen Stellen genommen wurden und erhebliche Unterschiede in ihrer
Konsistenz aufwiesen, war ein relativ ähnliches Muster für eine Reihe von organischen Verbindungen
zu erkennen.
Mittels GC/MS im SIM-Modus wurden mehrere Chlorkohlenwasserstoffe quantifiziert. Insbesondere
für die Verbindungen 1,2,4-Trichlorbenzol und Hexachlorbenzol wurde ein häufiges
Auftreten mit zum Teil relativ hohen Konzentrationen beobachtet (Bild 2). Die Bewertung und
die sich daraus ergebene Ableitung von Maßnahmen muss in Abhängigkeit von der nachfolgenden
Nutzung der überfluteten Flächen erfolgen. Für Hexachlorbenzol liegen die gemessenen
Konzentration deutlich unterhalb des Prüfwertes von 4 mg/kg im Bereich von Kinderspielplätzen
gemäß Bundesbodenschutzgesetz § 8 Abs. 1 [6]. Im Bereich der Landwirtschaft, wo
z.T. deutlich niedrigere Grenz- und Richtwerte gelten, können verschiedene Maßnahmen wie
Umpflügen der betroffenen Böden oder ein Abtragen der obersten Bodenschicht notwendig
sein. So wird beispielsweise der Belastungswert für Böden zum Schutz von Nahrungs- und
Futterpflanzen sowie von Tieren, der für Hexachlorbenzen bei 50 µg/kg Boden liegt, deutlich
überschritten [7].
5 Literatur
[1] Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie (www.umwelt.sachsen.de/lfug).
[2] UFZ-Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH, Pressemitteilung vom 06.09.2002.
[3] Greenpeace, Belastung der Elbe mit Schadstoffen beim Hochwasser, Bericht vom 23.08.02.
[4] Arbeitsgemeinschaft für die Reinhaltung der Elbe 2001, Wassergütedaten der Elbe, Zahlentafel 1999.
31

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
[5] Börnick, H., Grischek, T., Worch, E. (2001) Determination of aromatic amines in surface waters and
comparison of their behavior in HPLC and on sediment columns. Fresenius J. Anal. Chem. 371, 607-
613.
[6] Gesetz zum Schutz vor schädlichen Bodenveränderungen und zur Sanierung von Altlasten (Bundes-
Bodenschutzgesetz - BBodSchG), 17. März 1998
[7] 4. Verwaltungsvorschrift des Umweltministeriums zum Bodenschutzgesetz über die Ermittlung und
Einstufung von Gehalten organischer Schadstoffe im Boden (VwV Organische Schadstoffe), 10.12.95,
GABI. 1996, S.87
Vergleich der Wassergüte vor/während/nach dem Sommerhochwasser in
der sächsischen Elbe
Sophie Conradt, Lutz Küchler, Holm Friese, Sylvia Rohde
Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie, Zur Wetterwarte 11, 01109 Dresden, Tel. 0351/
8928231, Fax 0351/8928245, Sophie.Conradt@lfug.smul.sachsen.de
1 Situationsbeschreibung des extremen Starkniederschlagsereignisses im August 2002 in
Sachsen
Das Hochwasser vom August 2002 gestaltete sich zur größten Naturkatastrophe Sachsens seit
Menschengedenken. Das extreme Niederschlagsereignis im August 2002 war vor allem das
Ergebnis des Zusammenspiels vieler Prozesse in der Atmosphäre, die in ihrer Summe die
dramatische Hochwassersituation in Sachsen auslösten. An mehreren sächsischen Messstationen
ergaben sich neue Rekordwerte für den 24stündigen Niederschlag. So wurden in Dresden
158 mm Niederschlag registriert. An der Station Zinnwald-Georgenfeld wurden sogar 312 mm
gemessen (bisheriger Spitzenwert in Deutschland 260 mm, Zeithain bei Riesa am 06.07.1906).
Vom 11. bis 13. August fielen in Zinnwald 406 mm, in Altenberg sogar 420 mm Regen. Das
entspricht etwa dem vierfachen des Normalwertes für den gesamten Monat August.
2 Entwicklung der Abflüsse an den Elbepegeln
Das Hochwasser hat sich für die Zuflüsse in den Entstehungsgebieten und für die Elbe zum
größten verlässlich registrierten Ereignis entwickelt. Erste Abschätzungen gehen für die Elbe
von einem 100 bis 200 jährlichen Hochwasser aus.
Der Scheitel in Dresden lag bei ca. 4580 m³/s. In der Abb. 1 sind für die Pegel Usti, Dresden
und Torgau die Abflussganglinien des Hochwasserereignisses hinterlegt (BfG, 2002).
3 Sondermesssprogramm
Die Sonderuntersuchungen wurden zum einen zur Gefährdungsabschätzung und zum anderen
zur Information des Krisenstabes und der Bevölkerung aufgenommen. Die Gewässergüte der
Elbe wurde durch das August-Hochwasser 2002 stark beeinflusst. Hochwässer dieses
Ausmaßes haben ein gewaltiges zusätzliches Mobilisierungspotential. Durch das Hochwasser
wurden erhebliche Mengen von Schadstoffen in die Flüsse gespült bzw. in Schlämmen abgelagert.
Weit über das Maß hinaus gehende Stoffeinträge traten hauptsächlich durch Abflüsse und
Abschlämmungen von Flächen aller Art, durch Aufräumarbeiten (Keller), defekte Kläranlagen,
ausgelaufene Behälter mit wassergefährdenden Stoffen (insbesondere Heizöl) und Unfälle auf.
Das Sächsische Landesamt für Umwelt und Geologie hat im Auftrag des Katastrophenstabes zu
den qualitativen Auswirkungen des Elbehochwassers in der Zeit vom 15.08.02 bis zum
32

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
6000
5000
Quelle: BfG, 2002
4000
3000
2000
1000
0
7.8.02
8.8.02
9.8.02
Q [m³/s]
10.8.02
11.8.02
12.8.02
13.8.02
14.8.02
15.8.02
16.8.02
17.8.02
18.8.02
19.8.02
20.8.02
21.8.02
22.8.02
23.8.02
24.8.02
25.8.02
26.8.02
27.8.02
28.8.02
29.8.02
30.8.02
31.8.02
1.9.02
2.9.02
3.9.02
Usti Dresden Torgau
Abb. 1: Abflussganglinien von den Elbepegeln Usti, Dresden und Torgau während des
Hochwassers 2002
06.09.02 die Durchführung von Sondermessungen veranlasst. Die Entnahme der Elbwasserproben
erfolgte in Bad Schandau (Straßenbrücke), Dresden (Albertbrücke) und Meißen (Alte
Straßenbrücke) Das untersuchte Parameterspektrum umfasste im Wesentlichen folgende Stoffgruppen
bzw. Parameter: allgemeine- und Summenparameter, Schwermetalle und Arsen, Pflanzenschutzmittel
und weitere organische Spurenstoffe sowie bakteriologische und
toxikologische Untersuchungen. Die Analytik der Wasserproben wurde von der Staatlichen
Umweltbetriebsgesellschaft durchgeführt.
Während des Scheitelpunktes der Hochwasserwelle in Sachsen wurde eine Längsschnittbeprobung
per Hubschrauber durch die Arbeitsgemeinschaft für die Reinhaltung der Elbe (ARGE)
durchgeführt, was aus der Sicht der Erreichbarkeit der Probenahmestellen bei der angespannten
Verkehrslage die einzige Probenahmemöglichkeit war. Die Ergebnisse stellen eine wertvolle
Ergänzung der Untersuchungen dar und wurden in die nachfolgende Auswertung einbezogen.
4 Auswertung der Untersuchungsergebnisse
Allgemeine- und Summenparameter
Die Messergebnisse der allgemeinen Parameter und Summenparameter wie beispielsweise pH-
Wert, Leitfähigkeit, CSB, AOX, Schwebstoffe sowie Nährstoffe überschritten nicht hochwasserübliche
Werte, lagen jedoch kurzzeitig über den langjährigen Mittelwerten. Nach dem Hochwasser
sind diese Belastungen mit Ausnahme der Parameter SAK 254 nm und DOC relativ
schnell wieder zurückgegangen. Erhöhte Werte des SAK 254 nm sowie des DOC konnten noch
bis etwa Anfang Dezember 2002 festgestellt werden.
Für die aquatische Lebensgemeinschaft stellen Sauerstoffgehalt und Sauerstoffsättigung besonders
wichtige Komponenten dar. Die Konzentrationen für Sauerstoff lagen während der Hochwassersituation
im fließenden Wasser immer weit über dem kritischen Wert von 3 mg/l.
33

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Schwermetalle und Arsen
Für Schwermetalle und Arsen wurden ebenfalls deutlich erhöhte Konzentrationen gefunden.
Aufgrund des extrem erhöhten Abflusses kam es zu erheblichen Frachten. Nach einem starken
Anstieg bis zum Scheitelpunkt der Hochwasserwelle war eine langsam abnehmende Belastung
zu verzeichnen. In der Elbe wurden insbesondere für Arsen, Cadmium, Quecksilber, Uran und
Blei Konzentrationen über den langjährigen Maximalwerten gemessen. Für Cadmium ist dieser
Sachverhalt beispielhaft für die Messstellen Bad Schandau (Straßenbrücke) bzw. Schmilka,
rechts dargestellt.
An der Messstelle Meißen (Alte Straßenbrücke) lagen die Cadmium-Konzentrationen kurzzeitig
mit Werten bis zu 1,8 µg/l über der Qualitätsnorm der Wasserrahmenrichtlinie (Entwurf
des SMUL, 2003). Nach dem Hochwasserereignis gingen die Arsen- und Schwermetallkonzentrationen
langsam zurück und liegen nunmehr wieder auf mittlerem Konzentrationsniveau.
Pflanzenschutzmittel und weitere organische Spurenstoffe
Für die organischen Komponenten: 1,2-cis-Dichlorethen, 1,2-Dimethylbenzol (o-Xylol), 1,3-
u.1,4-Dimethylbenzol (m, p-Xylol), p,p-DDT, Ethylbenzol, Tributylphosphat (TBP) und Vinylchlorid
lagen die Konzentrationen über den bisherigen langjährigen Maximalwerten. Für
PCB´s, Metazachlor und Alachlor konnten ebenfalls erhöhte Konzentrationen festgestellt
werden. Überschreitungen der Qualitätsnorm der Wasserrahmenrichtlinie (Entwurf des SMUL,
2003) traten bei den PCB´s (Wasserphase) auf. Aus den Konzentrationsverläufen der einzelnen
organischen Komponenten, wie beispielhaft in der Abb. 3 für den Parameter PCB 138 dargestellt,
wird ersichtlich, dass es sich bei den organischen Belastungen nur um kurzzeitige Spitzenbelastungen
handelte.
Abb. 3: Entwicklung der Konzentration von PCB 138 vom 17.08.-06.09.02 an der Messstelle
Bad Schandau bzw. vom 15.08.-16.08.02 sowie 09.09.-30.09.2002 an der Messstelle Schmilka
und Vergleich mit dem langjährigen Mittel- bzw. Maximalwert der Messstelle Schmilka, rechts
Cadmium in der Elbe
Zeitraum 15.08.02 - 30.09.02
0,8
0,7
0,6
rot: Hubschrauberprobe der ARGE ELBE
Konzentration in µg/l
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
Maximum 1998-2001: 0,42 µg/l
Mittelwert 1998-2001: 0,13 µg/l
0
15.
17.
19.
21.
23.
25.
27.
29.
31.
2.
4.
6.
8.
10.
12.
14.
16.
18.
20.
22.
24.
26.
28.
30.
August
September
Abb. 2: Entwicklung der Cadmiumkonzentrationen vom 17.08.-06.09.02 an der Messstelle
Bad Schandau bzw. am 16.08.02 und vom 09.09.-30.09.2002 an der Messstelle Schmilka und
Vergleich mit dem langjährigen Mittel- bzw. Maximalwert der Messstelle Schmilka, rechts
34

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Insgesamt ist festzustellen, dass die gesamte organische Belastung ein niedriges Konzentrationsniveau
aufwies und nur die Konzentrationen der hier genannten organischen Stoffe zeitweise
erhöht waren. Für alle anderen untersuchten Stoffe des Sondermessprogramms wurden
Werte unterhalb der Bestimmungs- bzw. Nachweisgrenze gefunden oder die Werte lagen im
Bereich der üblicher Weise anzutreffenden Mittelwerte. Nach dem Hochwasserereignis lagen
die Konzentrationen der organischen Stoffe wieder auf mittlerem Konzentrationsniveau. Die
während des Hochwassers gemessenen Konzentrationen an Mineralölkohlenwasserstoffen sind
nicht mehr nachweisbar.
PCB 138 in der Elbe
Zeitraum 15.08.02 - 30.09.02
3
Konzentration in ng/l
2,5
2
1,5
1
0,5
Maximum 1997-2001: 1,9 ng/l
Mittelwert 1997-2001: 0,57 ng/l
0
15.
17.
19.
21.
23.
25.
27.
29.
31.
2.
4.
6.
8.
10.
12.
14.
16.
18.
20.
22.
24.
26.
28.
30.
August
September
Abb. 3: Entwicklung der Konzentration von PCB 138 vom 17.08.-06.09.02 an der Messstelle
Bad Schandau bzw. vom 15.08.-16.08.02 sowie 09.09.-30.09.2002 an der Messstelle Schmilka
und Vergleich mit dem langjährigen Mittel– bzw. Maximalwert der Messstelle Schmilka,
rechts
Bakteriologische Parameter
Der Nachweis der Koliformen gilt als Hinweis, der Nachweis von Fäkalkoliformen ist ein
Nachweis für fäkale Gewässerverunreinigung und damit für eine vom Wasser ausgehende
potentielle Infektionsgefahr. Diese hygienischen Kenngrößen indizieren eine allochthone
Keimbelastung des Gewässers.
Zu bemerken ist, dass schon die Hintergrundwerte der Fäkalkoliformen, als auch der Koliformen
(Tab.1) über dem Grenzwert der Sächsischen Badewasserverordnung liegen (2000 bzw.
10 000 Keime/100 ml); der Entwurf der EU-Richtlinie enthält noch deutlich höhere Anforderungen.
Das bedeutet, dass die Elbe unabhängig von der Abflusssituation eine deutliche bakteriologische
Belastung aufweist.
Die bakteriologischen Untersuchungen im Hochwassersondermessprogramm begannen am
19.08.02, also unmittelbar nach dem Hochwasserscheitel. Möglicherweise wurden aus diesem
Grunde Spitzenwerte nicht mehr erfasst.
Erhöhte Fäkalkolizahlen wurden zuerst am 20.08.02 in Bad Schandau und Dresden gefunden,
am 21.08.02 dann in Meißen (Abb. 4). Nach dem 20.08.02 wurden in Bad Schandau keine
erhöhten Keimzahlen mehr gefunden. In Dresden wurde die Größenordnung der Hintergrund-
35

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Tabelle 1: Auswertung der bakteriologischen Untersuchungen der Hochwasserbeprobung
Fäkalkolizahlen während des Elbhochwassers im August 2002
KBE/ml
450
400
350
300
250
200
Bad Schandau
Dresden
Meißen
150
100
50
0
19.08.2002 26.08.2002 02.09.2002 09.09.2002 16.09.2002
Datum
Abb. 4 : Verlauf der Keimzahlen der Fäkalkoliformen während des Elbhochwassers
werte um den 25.08.02 erreicht, während ab 27.08.02 bis etwa Mitte September erhöhte Keimzahlen
nur noch in Meißen gefunden wurden.
Weniger klar sind die Befunde bei den Koliformen: Die höchsten Einzelwerte (bis 7100 KBE/
ml) wurden Ende August und Anfang September in Meißen gefunden. Einige Tage vorher
treten entsprechende Peaks in Kurvenverlauf von Bad Schandau auf; die Spitzenwerte sind
jedoch deutlich geringer.
Die Werte von Dresden liegen in der Größenordnung von 2000 KBE/ml und zeigen leicht
fallende Tendenz.
Die Bakteriengruppe der Fäkalindikatoren ist i.d.R. im Flusswasser nicht vermehrungs- bzw.
lange überlebensfähig, so dass keine nachhaltigen Auswirkungen der hochwasserbedingten
36

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
bakteriellen Belastung zu erwarten waren. Das wird durch die ab Oktober 2002 wieder monatlich
durchgeführten bakteriologischen Untersuchungen bestätigt.
Zur Einschätzung der Toxizität des Elbwassers wurden während des Sondermessprogramms
täglich Leuchtbakterientests (DIN 38412 - L 34) und Daphnientests (DIN 38412 - L 30) mit
Proben der oben angegebenen Messstellen durchgeführt. Alle untersuchten Proben zeigten das
Ergebnis GL 1 bzw. GD 1; d.h. das Wasser zeigte in der unverdünnten Probe keine giftige
Wirkung auf die Testorganismen. Diese Testergebnisse belegen, dass Schadstoffe in toxisch
wirksamen Konzentrationen im Elbabschnitt zwischen Bad Schandau und Meißen nicht nachzuweisen
waren.
5 Ausblick
Nach nunmehr einem Jahr liegt im Sächsischen Landesamt für Umwelt und Geologie ein abgestimmtes
Hochwassergütemessprogramm vor. Meldewege, Messstellen und Parameterauswahl
wurden auf Grund der Erfahrungen optimiert und Bewertungsgrundlagen festgelegt.
6 Literatur
BfG, 2002: Interne Mitteilung der BfG
SMUL, 2003: Entwurf der Verordnung des Sächsischen Staatsministeriums für Umwelt und Landwirtschaft
zur Umsetzung der Anhänge II und V der Richtlinie 2000/60/EG zur Schaffung eines Ordnungsrahmens
für Maßnahmen der Gemeinschaft im Bereich der Wasserpolitik sowie zur weiteren Umsetzung der
Richtlinie 76/464/EWG betreffend die Verschmutzung infolge der Ableitung bestimmter gefährlicher
Stoffe in die Gewässer der Gemeinschaft vom Juli 2003
Schwermetallbelastungen der Böden in Elbauen ober- und unterhalb der
Muldemündung
Alexander Gröngröft 1 , Frank Krüger 2 , Günter Miehlich 1
1 Institut für Bodenkunde der Universität Hamburg, Allende-Platz 2, 20146 Hamburg, Tel. 040/42838-4395,
Fax. 040/42838-2024, A.Groengroeft@ifb.uni-hamburg.de
2 ELANA Boden Wasser Monitoring, Dorfstr. 55, 39615 Falkenberg, Tel 039386/97121, Fax 039386/97116,
krueger@lysi.ufz.de
1 Einleitung und Fragestellung
Die Schwebstoffe von Mulde und Elbe sind bis heute, trotz der Verbesserungen der Flusswasserqualität,
immer noch in einem Maße mit Spurenmetallen belastet, dass Maßnahmenwerte des
BBodSchV überschritten werden. Wesentliche Ursache für die Belastung der Böden ist die
Sedimentation von Schwebstoffen während der Überflutung (Krüger et al. 2001). Die bislang
gemessene Oberbodenbelastung in der maßgeblichen Tiefe 0-10 cm schwankt in Abhängigkeit
von der Überflutungshäufigkeit (vereinfacht der Geländehöhe) und der während einer Überflutung
wirksamen Strömungsgeschwindigkeit des Wassers (Morphologie) erheblich. Belastungsspitzen
treten an Standorten auf, die häufig überflutet wurden und bei denen die Morphologie
eine Strömungsberuhigung bewirkt (ehemalige Altarme und Flutrinnen, Bracks, Abbaustellen;
bodentypologisch: Auennassgleye, Auenanmoorgleye). Die niedrigsten Belastungen finden
sich an hochgelegenen Standorten (Uferwälle, bodentypologisch: Vegen, Auenbraunerden).
Die Bodenbelastung führt zu erhöhten Gehalten in der Vegetation (MIEHLICH 1983), insbesondere
bei den Elementen Arsen, Cadmium, Quecksilber und Zink. Dabei sind die für Auen
typischen regelmäßigen Übergänge von reduzierten zu oxidierten Zuständen entscheidend.
37

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Um die Auswirkungen des Elbehochwassers auf Böden der Vordeichsländer zu erfassen,
werden im Arbeitspaket 4.4 folgende Fragestellungen untersucht:
• Wie beeinflussen Höhenlage, Bodentyp und Abstand zum Fluss die Belastung der Oberböden
mit Spurenmetallen ?
• Wie hoch ist der mobilisierbare Anteil der Spurenmetalle an den Gesamtgehalten ?
• Welcher Transfer von Spurenmetallen tritt in die Vegetation auf ?
• Können erhöhte Spurenmetallgehalte im oberflächennahen Grundwasser nachgewiesen
werden ?
In Absprache mit den anderen Partnern werden die Auen der unteren Mulde sowie die Elbauen
im Bereich Stromkilometer 200 - 300 bearbeitet. Weil in diesem Flussabschnitt Mulde und
Saale in die Elbe münden, werden in dieser Zone erhebliche Unterschiede in der Sediment- und
damit in der Bodenbelastung erwartet.
2 Standorte der Untersuchung
Für die Durchführung der Untersuchungen wurden zunächst vier Flächen ausgewählt, die
jeweils vom Elbufer bis an die natürliche oder künstliche Grenze (Deich) der Überflutung
reicht:
1. Schleusenheger Wiesen bei Wörlitz (Elbe-km 240, linksseitig). Hierbei handelt es sich um
ein 1580 m breites Auengebiet mit hoher Biotopvielfalt (Grünland, Ruderalflächen,
Auwälder und Forsten), das in seinem elbseitigen Teil bereits durch das RIVA-Projekt bodenkundlich
untersucht wurde (SCHOLZ ET AL. 2001) und für das daher bereits Informationen
zur Oberbodenbelastung vor dem Hochwasser vorlagen. Das Hochwasser wird durch
Deiche begrenzt.
2. Muldemündung bei Dessau (rechtsseitig, Einmündung bei Elbe-km 259). Hierbei handelt es
sich um ein stadtnahes Erholungsgebiet (1150 m Breite) mit parkartigem Charakter
(Mischung aus nicht wirtschaftlich genutzten Grünflächen mit Einzelbäumen und Waldparzellen).
Das Hochwasser wird durch Deiche begrenzt.
3. Schöneberger Wiesen bei Steckby (Elbe-km 285, rechtsseitig). Dieses Gebiet (600 m
Breite) weist einen Auwaldstreifen am Elbufer und ansonsten Grünland auf, das an der
hochwasserberenzenden Geest in Röhrichte übergeht. Dieses Gebiet wurde ebenfalls durch
das RIVA-Projekt untersucht.
4. Glinde bei Barby (Elbe-km 301). Dieses schmale Gebiet (330 m Breite, linksseitig) weist
morphologisch reich gegliederte Grünlandflächen auf. Das Hochwasser wird durch Deiche
begrenzt.
Für jede Fläche wurde eine Transektlinie quer zur Flussrichtung so gewählt, dass sie die charakteristischen
morphologisch-bodenkundlichen Einheiten schneidet.
3 Methodik
Die Kartierung der Böden der vier Flächen ist abgeschlossen. Es wurden insgesamt 96
Bohrungen abgeteuft und die maßgeblichen Bodenmerkmale aufgenommen, die Geländehöhen
an den Bohrpunkten nivelliert und jeweils Oberbodenproben in gestörter und volumengerechter
Form genommen.
Außerdem wurden Bodenproben auf denjenigen Flächen der Standorte 1) und 3) entnommen,
die im Rahmen des RIVA-Projektes angelegt worden sind, um zeitliche Trends aus dem
direkten Vergleich ablesen zu können (32 Flächen mit jeweils zwei Entnahmetiefen).
38

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Als Bodenkenndaten wurden bestimmt: Lagerungsdichte, Anteil an Kohlenstoff und Stickstoff,
pH-Wert, Leitfähigkeit, die Elementgehalte von Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, P und S und für ausgewählte
Proben die Korngrößenverteilung. Die Belastung der Böden mit Spurenmetallen wurde
aus den Gesamtgehalten der Elemente As, Cd, Cu, Cr, Hg, Pb und Zn ermittelt.
4 Anlage von Monitoringflächen
Der Nachweis von Veränderungen der Bodenbelastung infolge von Hochwässern kann nur
gelingen, wenn die Ausgangsbelastung bekannt ist. Da in Auenböden eine hohe räumliche Variabilität
der Bodenbelastung die Regel ist, kann die Veränderung nur dann mit ausreichender
Sicherheit bei akzeptablem Untersuchungsaufwand analysiert werden, wenn die Bezugsfläche
immer gleich bleibt. Es wurden daher Flächen zum Monitoring der Oberbodenbelastung eingerichtet.
Mit der Einrichtung und dem auf den Flächen angewandten Beprobungsschema wurden
folgende Ziele verfolgt:
• Die Monitoringfläche soll eine Fläche einheitlicher Nutzung und einheitlicher morphologischer
Situation repräsentieren.
• Die Monitoringfläche wird in allen Fällen gleich groß gehalten, um eine Vergleichbarkeit
der Standorte unter einander herzustellen und ein einheitliches Beprobungsschema anwenden
zu können.
• Die Flächengröße orientiert sich an den Vorgaben für die Einrichtung von Dauerbeobachtungsflächen
[BARTH ET AL. 2000].
• Das Verhältnis der Seitenlängen der Monitoringflächen wird variabel gehalten, um die in
den Auen vorhandenen Längsstrukturen beproben zu können.
• Die Beprobungsdichte orientiert sich ebenfalls an den Vorgaben für die Untersuchung von
Dauerbeobachtungsflächen.
• Die Probenzahl und Beprobungstiefe berücksichtigt die Vorgaben der BBodSchV [1999].
• Die Fläche wird so markiert, dass eine Wiederholungsbeprobung sicher möglich ist.
5 Vergleich der Oberbodenbelastung
Im folgenden werden ausgewählte Daten zur Oberbodenbelastung vorgestellt: Dazu wird am
Beispiel von Zink auf die Bedeutung unterschiedlicher Einflussfaktoren eingegangen. Abb. 1
zeigt die gemessenen Gesamtgehalte von Zink, getrennt für die vier Untersuchungsflächen in
Abhängigkeit vom Gesamt-Aluminiumgehalt. Es ist bekannt, dass der größte Teil der Schwermetalle
der Schwebstoffe an die Tonfraktion gebunden ist. Da die Tongehalte nur an einer
Auswahl von Proben analysiert wurden, wird hier der Gehalt an Aluminium als Maß für den
Gehalt an Tonmineralen verwendet. Die Graphik verdeutlicht, dass innerhalb einer Fläche die
Anreicherung mit Zink trotz Normierung gegen die Aluminiumgehalte erheblich variiert, dass
die höchsten Anreicherungen auf der Fläche Glinde, also unterhalb der Einmündung der Saale
vorkommen und dass alle Oberböden Gehalte aufweisen, die oberhalb der geogenen Gehalte
liegen. Die Linie geogener Gehalte wurde aus der Untersuchung von 166 Auenlehmen der
Mittelelbe (Raum Lenzen, siehe SCHWARTZ 2001) abgeleitet. Die Variabilität der Belastung
trotz Normierung ergibt sich damit aus dem variierenden Eintrag von Schwebstoffen in die
Böden, wodurch Mischungen unterschiedlicher Anteile aus belasteten Sedimenten und unbelasteten
Auenlehmen entstanden sind.
Um die anthropogene Schadstoffanreicherung zu erfassen, ist eine Berücksichtigung geogener
Gehalte notwendig. Um neben der Belastung des Bodenmaterials (mg/kg Trockensubstanz)
39

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
1200
1000
Wörlitz
Muldemündung
Steckby
Glinde
Zink (mg/kg)
800
600
400
200
geogener Hintergrund
0
3 4 5 6 7 8
Aluminium (g/kg)
Abb. 1 Gesamtgehalt an Zink (mg/kg) in den Oberböden
(0-10 cm Tiefe) der vier Flächen
rel. Höhe (m)
4
2
0
1200
1000
Glinde
Messwert
Anreichung
100
90
80
70
Zink (mg/kg)
800
600
400
60
50
40
30
Zink (g/m2*dm)
20
200
Flächenbelastung
10
0
0
0 50 100 150 200 250 300
Abstand zur Elbe
Abb. 2 Gesamtgehalte (mg/kg TS), anthropogene Zinkanreicherung
(mg/kgTS und Flächenbelastung (g/m2*dm) )der Fläche Glinde
rel. Höhe (m)
4
2
0
1200
1000
Wörlitz
Messwert
Anreichung
100
90
80
70
Zink (mg/kg)
800
600
400
60
50
40
30
Zink (g/m2*dm)
20
200
10
Flächenbelastung
0
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
Abstand zur Elbe
Abb. 3 Gesamtgehalte (mg/kg TS), anthropogene Zinkanreicherung
(mg/kgTS und Flächenbelastung (g/m2*dm) der Fläche Wörlitz
40

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
4,0
3,5
Glinde
4,0
3,5
Wörlitz
relative Geländehöhe (m)
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
relative Geländehöhe (m)
3,0
2,5
2,0
1,5
0,5
1,0
30 40 50 60 70 80
Zink-Anreicherung (g m -2 *dm -1 )
0 10 20 30 40 50 60 70
Zink-Anreicherung (g m -2 *dm -1 )
Abb. 4 Abhängigkeit der flächigen Zinkanreicherung von der Geländehöhe (Glinde und Wörlitz)
auch die Belastung von Teilflächen (g/m²*dm) abschätzen zu können, muss außerdem die
Rohdichte des Bodens in der beprobten Tiefe 0-10 cm einbezogen werden. Die Abb. 2 und 3
zeigen für die Gebiete Glinde und Wörlitz die Gesamtgehalte an Zink, die anthropogene Zinkanreicherung
und die Flächenbelastung. Deutlich wird, dass die Gesamtgehalte sich zum überwiegenden
Teil aus anthropogenen Einträgen erklären lassen, also aus dem Eintrag partikulärer
Stoffe bei Hochwasser herrühren. Im Verlauf des Transekts treten die Belastungsspitzen
ufernah auf. Dort sind es die Rinnenlagen, in denen sich die höchsten Belastungen finden lassen.
Die Flächenbelastung (g/m²*dm) nimmt vor allem dort relativ ab, wo die Böden sehr humusreich
sind. Dies ist z. B. im Bereich des Deichfußes der Fläche Glinde (Abb. 2) der Fall, wo zwar
die Zinkgehalte in mg/kg deutlich ansteigen, die Flächenbelastung aufgrund der geringen Lagerungsdichten
der anmoorigen Oberböden jedoch nur geringfügig höher liegt als an den Nachbarstandorten.
Anhand der oben in den Abb. 2 und 3 wiedergegebenen relativen Geländehöhen kann erkannt
werden, dass generell eine Beziehung zwischen Geländehöhe und damit der Überflutungshäufigkeit
und der anthropogenen Zinkanreicherung besteht. Allerdings ist diese Beziehung insbesondere
in den breiteren Auengebieten nicht sehr eng.
In Abb. 4 sind die Abhängigkeiten der flächigen Zinkanreicherung von der Geländehöhe für die
Flächen Glinde und Wörlitz dargestellt. Die jeweils höchsten Werte sind die ufernahen Rinnenlagen.
Aber es treten sowohl in Glinde als auch in Wörlitz innerhalb der Auenflächen Rinnen
auf, die fast ähnliche Tiefe wie die ufernahen aufweisen, aber deutlich weniger mit schwebstoffbürtigen
Schadstoffen angereichert sind. Damit zeigt sich, dass neben den dargestellten
Faktoren 'Bindungsfähigkeit der Böden' (Tongehalt) und 'Geländehöhe' weitere Faktoren zur
Erklärung der Schadstoffanreicherung herangezogen werden müssen.
In dem Vortrag werden die Faktoren Geländehöhe (Überflutungshäufigkeit), Abstand zur Elbe
und Bindungsfähigkeit des Oberbodens (Ton- und Humusgehalte) für die Verteilung der
Spurenmetalle in den untersuchten Auen erläutert. Außerdem wird überprüft, welche Bedeutung
der Bodentyp auf die Anreicherungen hat.
6 Zitate
BARTH, N., W. BRANDTNER, E. CORDSEN, T. DANN, K. EMMERICH, D. FELDHAUS, B. KLEE-
FISCH, B. SCHILLING & J. UTERMANN [2000]: Bodendauerbeobachtung. Einrichtung und Betrieb
von Boden-Dauerbeobachtungsflächen. in: Bodenschutz-Handbuch Lfg. XI/00, Nr. 9152, 127 S.
41

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
KRÜGER, F., H. RUPP, O. BÜTTNER, M. KUNERT, R. MEIßNER, K. MUHS & B. WITTER (2001):
Wirkung von Hochwasserereignissen auf die Schadstoffbelastung von Auen und kulturwirtschaftlich
genutzten Böden im Überschwemmungsbereich von Oka und Elbe. Unveröff. Abschlussbericht an das
BMBF, FKZ 02 WT 9617/0.Falkenberg: 209 S.
MIEHLICH, G. (1983): Schwermetallanreicherung in Böden und Pflanzen der Pevestorfer Elbaue (Kreis
Lüchow-Dannenberg).. Abh.naturwiss.Ver. Hamburg, 25, S.75-89.
SCHOLZ, M., S. STAB & K. HENLE (2001): Indikation in Auen. Präsentation der Ergebnisse aus dem
RIVA-Projekt. UFZ-Bericht 8/2001.
SCHWARTZ, R. (2001): Die Böden der Elbaue bei Lenzen und ihre möglichen Veränderungen nach Rückdeichung.
Diss. Univ. Hamburg.Hamburg: 434 S.
42

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Flächenhafte Erfassung der Hochwassergebiete mittels
Fernerkundungsdaten
Dagmar Haase 1 , Thilo Weichel 1 , Martin Volk 1 , Cornelia Gläßer 2 , Jens Birger 2 , Doreen Zober 2 , Peter
Reinartz 3 , Thomas Heege 3 , Rupert Müller 3 , Manfred Schroeder 3 1
1 Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH, Sektion Angewandte Landschaftsökologie,
Permoserstr. 15, 04318 Leipzig, haase@alok.ufz.de
2 Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Geographie, Domstraße 5, 06108 Halle (Saale),
Tel. 0345/5526020 Fax. 0345/5527186, glaesser@geographie.uni-halle.de
3 DLR, Institut für Methodik der Fernerkundung, Bildwissenschaften, 32234 Oberpfaffenhofen (Wessling)
Zusammenfassung
Die Arbeiten zur flächenhaften Erfassung der Überflutungsgebiete des Augusthochwassers
2002 an Elbe und Mulde im Teilprojekt 2 umfassen einerseits die Auswertung von Luftbildern
und Orthofotos mit hoher geometrischer Auflösung für die detaillierte und v.a. scheitelnahe
Erfassung der Flut (Mulde, Abb.1). Andererseits wurden für die Tagebauregion Bitterfeld-
Goitzsche, den Raum Dessau sowie den Raum Wittenberg/Torgau multitemporale und multispektrale
Satellitendaten (LANDSAT ETM, SPOT, IRS und IKONOS) sowie Daedalus-Flugzeugscannerdaten
für die Klassifizierung der Realnutzung, der Feuchtigkeitsstufen in den Aue
und der Sedimentablagerungen herangezogen. Darüber hinaus erfolgte eine Auswertung der in
Sachsen verfügbaren Orthofotos sowie der Scannerdaten nach der Flut zur Dokumentation von
Schäden, morphologischen Veränderungen an den Mulden sowie der Genese von Erosions- und
Akkumulationsformen. Die flächenhaften Daten in Kombination mit topographischen Informationen
(TK10, 25) dienten zudem als Unterstützung bei der Probenahme in den Teilprojekten 3
bis 8.
1 Einleitung
Das Sommerhochwasser im August 2002 in seinen extremen Ausprägungen erfordert eine
Spezifizierung des hydrologischen Potentials von Mulde und Elbe (Abb.1; Mudelsee et al.
2002, LfUG 2002). Die Folgen der technischen Regulierung der Vorfluter in Form von Begradigung,
Eindeichung, Aufstau und Gewässerbettveränderung im Zuge weitreichender Bergbauund
Siedlungsaktivitäten der letzten 200 Jahre führten abschnittsweise zu starken Veränderungen
der Gewässermorphologie, der Landnutzung sowie der Bodenverhältnisse (Neumeister
1964, Fuhrmann 1999, Eißmann & Litt 1994, Haase 1999, Haase 2002, Uhlenbrook & Steinbrich
2002, Dyck 1980, Niehoff & Bronsert 2002).
Darüber hinaus überstieg die Intensität des Hochwassers im August 2002 ein einhundertjähriges
Ereignis (Böhm 2001, Goreczka 2003) und führte dadurch zu zahlreichen Dammbrüchen bzw.
zu bisher noch nicht registrierten Pegelhöchstständen sowie immensen volkswirtschaftlichen
Schäden (ca. 9,2 Mrd. Euro; Schanze 2002). Die ungünstige Konstellation von Niederschlagsmengen
und Vorfeuchte der Böden in weiten Teilen der Gesamteinzugsgebiete der Mulde und
Elbe hatte aufgrund der Intensität eine selbstverstärkende Wirkung, die sich in einem bis dahin
noch nicht festgestellten rapiden Anstieg der Hochwasserganglinie widerspiegelte (StUFA
Leipzig 2002). Die im Zuge des Frontensystems der Vb-Wetterlage (Tief "Ilse" mit > 300 mm/
m²) eingetragenen Niederschlagsmengen über dem mittleren und oberen Muldeeinzugsgebiet
konnten durch die vorhandenen Retentionsflächen nicht zurückgehalten werden (Schanze 2002,
Kramer 2002).
Eine flächendeckende Erfassung der Verbreitung des Hochwassers und dessen Schäden mittels
Feldmethoden ist nur mit enormem personellen, zeitlichen und finanziellen Aufwand möglich.
43

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Die Kenntnis der räumlichen Verteilung des Hochwassers ist jedoch eine unabdingbare Voraussetzung
für eine optimierte Beprobung und insbesondere für die Bewertung der Analytik. Hier
setzt das Potential der Fernerkundung (vgl. Tab. 1) an, mit der ein gesamtes Flusssystem zu
einem einheitlichen Zeitpunkt erfasst werden kann und bei regelmäßigen Befliegungen
Aussagen zur Situation vor, während und nach dem Hochwasserscheitel und damit auch
Analysen zum Abflussverhalten erlaubt. Ihre GIS-gestützte Auswertung sollte im Sinne
zukünftiger ökonomisch und ökologisch nachhaltiger Hochwasserschutzplanungen als Maß
potentieller Risiken Berücksichtigung finden.
Panchromatische Luftbilder Daedalus-Flugzeugscannerdaten multispektrale Satellitendaten
- sehr hohe geometrische Auflösung
- hohe geometrische Auflösung - gerine geometrische Auflösung
- während ablaufendem Hoch-
- großflächig operationelle Ver-
- zeitnah zum Hochwasserscheitel
wasser
fügbarkeit der Daten
- sehr hohe spektrale und damit - hohe spektrale Auflösung
- geringer stofflicher Informationsgehalt
stoffliche Information
Abb.1: Lage des Muldeeinzugsgebietes
mit Mündung in die Elbe –
Untersuchungsgebiet TP 2.1
2 Zielstellung
Basierend auf der oben skizzierten Problemstellung wurden folgende Themen im Teilprojekt 2
bearbeitet:
• flächenhafte Erfassung und Bewertung der Hochwassergebiete mittels Fernerkundungsdaten,
• Bereitstellung von digitalen und GIS-fähigen Informationen für verschiedene Maßstabsebenen
(lokal, regional, landesweit, Mulde/Elbe-EZG) sowie
• die Unterstützung der Beprobungskampagne im Ad-hoc-Projekt (TP 3-8) zur Lokalisierung
und Interpretation der Schadstoffdaten.
Entsprechend der Daten von verschiedenen Sensoren und den unterschiedlichen Maßstabsebenen
werden im folgenden die Zielstellungen für die Teilprojekte 2.1 bis 2.3 konkreter erläutert:
Teilprojekt 2.1
• digitale Darstellung der Hochwasserverbreitung an der Vereinigten und Zwickauer Mulde
in Sachsen und Sachsen-Anhalt auf der Basis von sw-Luftbildern (1:3500, 1:5000, 1:6000)
im Zielmaßstab 1:10.000 (Weichel & Haase 2003a, b),
• Auswertung der Nachbefliegung im Hoheitsbereich des Freistaates Sachsen und Dokumentation
infrastruktureller Schäden (Straßen, Eisenbahnen, Brücken, Häuser, etc.) und land-
44

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Abb.2: Lage der Untersuchungsgebiete der TP 2.2 und 2.3
(Landsat ETM-Szene vom 20.08.2002)
schaftlicher Veränderungen (Gewässerläufe, Schlammablagerungen, Erosion, Bewuchs
etc.), insbesondere zurückgebliebener Schädigungen in Schutzgebieten und auf landwirtschaftlich
genutzten Flächen,
• Erfassung der vom Hochwasser betroffenen Landnutzungen innerhalb und außerhalb der
Deiche sowie Ausweisung von möglichen Austragsflächen für Schadstoffe,
• Unterstützung von Beprobungskampagnen der analytischen und bodenkundlichen Teilprojekte
3-8 sowie
• Analyse potenzieller Retentionsflächen in ausgewählten Bereichen der Vereinigten Mulde.
Teilprojekt 2.2
• Erstellung von Karten zur Vegetationsbedeckung und Freiflächenverteilung vor dem Hochwasser
mittels Satellitendaten
• Erfassung des Hochwasserganges anhand der verfügbaren Satellitenfernerkundungsdaten
• Ausweisung der überschwemmten und durchfeuchteten Areale innerhalb und außerhalb der
Deiche mit möglichst großer Zeitnähe zum Hochwasserscheitel
• Multitemporale Analysen vor dem Hochwasser zur Ausweisung der betroffenen Hauptflächennutzungsarten
(Acker, Grünland, Brache, Wald, Siedlungsflächen, Altwasserarme und
Flachwasserbereiche)
45

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
• Ausweisung der durch Überflutung betroffenen Flächen nach Ablaufen des Hochwassers
(Daedalus-Daten)
• Ausweisung von Flachwasserbereichen in der Aue nach Ablaufen des Hochwassers zur
Erfassung von Akkumulationssenken der Schadstoffe (Daedalus-Daten)
• Kennzeichnung der aus den Daten identifizierbaren Vegetationsschäden anhand der Daedalus-Daten
vom 9./12. und 13.09.2002
• Verschneidung der Hochwasserflächen mit den Datensätzen der Biotop- und Nutzungstypen
der Länder Sachsen und Sachsen-Anhalt und Bewertung der Ergebnisse
• Unterstützung von Beprobungskampagnen der analytischen und bodenkundlichen Teilprojekte
3.8
Teilprojekt 2.3
• Erstellung von atmosphärenkorrigierten Bildmosaiken aus den Daedalus-Daten der
Gebiete: Torgau, Wittenberg, Bitterfeld, Dessau, Havelberg (20 Flugstreifen)
• Generierung einer "Überschwemmungsmaske" aus den Satellitendaten (Landsat ETM)
• Klassifizierung der überfluteten Gebiete bzgl. Sedimenten und Oberflächenfeuchte
• Unterstützung von Beprobungskampagnen der analytischen und bodenkundlichen Teilprojekte
3-8
3 Material und Methodik
Teilprojekt 2.1: Auswertung von Luftbilddaten und Orthofotos
Für die Erfassung der vom Hochwasser direkt betroffenen Gebiete entlang der Mulde in
Sachsen und Sachsen-Anhalt erfolgte die digitale Aufbereitung von mehr als 2500 Luftbildern
und Orthofotos (Abb.3).
Während der Bildbearbeitung (Abb. 4) und Digitalisierung erfolgte die Erstellung eines Interpretationsschlüssels
für sw-Luftbilder zur Ausweisung von überschwemmten Gebieten,
welcher die Klassifikation in überflutete, trockene und feuchte (aber nicht überflutete) Bereiche
ermöglichte. Ebenso wurden für die Nachbefliegung drei Klassen (Erosionsformen, Akkumulationsformen
und Erosions-Akkumulationsformen) ausgewiesen.
Teilprojekt 2.2: Analyse von Satelliten- und Flugzeugscannerdaten
Zur Erfassung der aktuellen Hochwassersituation wurden zum Zeitpunkt des Muldedurchbruches
in den Tagebaukomplex Goitzsche (15.08.2002) sowie nach dem Hochwasserabfluss
(30.08.2002) im Bereich der Mulde zwischen Muldestausee und Elbmündung, des Tagebaukomplexes
Goitzsche sowie der Stadt Dessau Befliegungen zur Erstellung von Schrägluftbildern
durchgeführt. Zusätzlich wurden feldspektrometrische Messungen (Feldspektrometer
GER Mark V und ASD im Wellenlängenbereich 400-2500 nm) von Eichflächen sowie der
während des Augusthochwassers 2002 beeinflussten Böden und Vegetationsareale durchgeführt,
die zur Korrektur der Fernerkundungsdatensätze bzw. zur spektralen Charakterisierung
der Schädigungen als Referenzflächen genutzt wurden.
46

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Für die Bearbeitung standen Satellitendaten unterschiedlicher Sensoren sowie unterschiedlicher
geometrischer und spektraler Auflösung (Landsat-ETM, SPOT, IRS und IKONOS) zur Verfügung,
die unter Verwendung von pixelbasierten und objektorientierten Auswerteverfahren klassifiziert
wurden. Als Basis diente die Landsat-Szene vom 20.08.02, die dem
Hochwasserereignis zeitlich am nächsten kam. Die Durchführung der Veränderungsanalysen
und deren statistische Aufbereitung - zur Ausweisung betroffener Flächen und deren Nutzungen
- erfolgte mit Hilfe des Change-detection-Verfahrens FESPA (Birger 2002).
Die multispektralen Daedalus - Flugzeugscannerdaten, welche am 9. und 11.9.2002 aufgezeichnet
wurden, stellen die Datenbasis für detaillierte Auswertungen dar. Da zu diesem Zeitpunkt
das Hochwasser in weiten Bereichen bereits abgeflossen war, eignen sich die Daten somit
sehr gut, um die Auswirkungen der Überflutung darzustellen. Hierfür wurden automatisierte
Klassifikatoren, wie der Model Maker und Expert-Classifier des ERDAS-Imagine für die
Untersuchungen herangezogen, um optimierte Algorithmen zu entwickeln. Zudem wurde das
Potential der HRSC-AX-Daten vom 13.09.2002 mit einer Auflösung von 40 x 40 cm und einem
integrierten Höhenmodell von 1 x 1m Auflösung für spezifische Fragestellungen herangezogen.
Teilprojekt 2.3: Analyse von Scannerdaten (Daedalus)
Befliegungen:
Im Rahmen einer ad hoc Aktion wurden vom DLR insgesamt 8 Überschwemmungsgebiete in
Absprache mit dem UFZ Magdeburg und dem Umweltamt Dresden entlang der Elbe und Mulde
überflogen und mit dem Daedalus-Scanner aufgezeichnet. Die Befliegungen erfolgten am 9.
47

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
und 11./12. September also nach Abfluss des Hochwassers, so dass die hinterlassenen Rückstände
gut erfasst werden konnten.
Prozessierung:
Die Datenprozessierung für die Georeferenzierung und die methodische Auswertung erfolgt
durch automatisier- und übertragbare Verfahren. Folgende Vorteile bietet diese im wesentlichen
physikalisch basierte Prozessierung: Es können in kurzer Zeit größere Datenmengen
prozessiert werden, die methodische und automatisierte Auswertung ist objektiver und sollte
auch für unterschiedliche Untersuchungsflächen quantifizierbare und vergleichbare Ergebnisse
liefern. Allerdings kann im Vergleich zu visuellen oder visuell unterstützen Auswertemethoden
nur eine geringere Anzahl von Parametern aus den Fernerkundungsdaten abgeleitet werden.
Folgende Prozessierschritte wurden durchgeführt:
• Systemkorrekturen
• Radiometrische Kalibrierung mittels Laboreichung
• Georeferenzierung mittels eines vom DLR erstellten Digitalen Höhenmodels aus ERS-
Daten sowie den mitaufgezeichneten Flugzeuglage- und -positionsdaten
• Atmosphärenkorrektur mit ATCOR 4 des DLR
• Mosaikierung der Streifen zu je einem Bildverband für die zusammenhängenden Gebiete
• Flächendeckende Klassifizierungen in Grobklassen mit XDIBIAS (Maximum-Likelihood-
Klassifizierung)
• Ausgewählte Teilgebiete (Auenlandschaften) werden mittels spectral unmixing im Modular
Inversion Program (MIP) zur Ableitung von Bedeckungsgraden der Sedimentablagerungen,
des Durchnässungsgrades und der Vegetation analysiert.
4 Ergebnisse
Teilprojekt 2.1
Als Ergebnisse liegen Karten mit klassifizierten Flächen der Überflutungsgebiete vor, welche
im Maßstab 1:10.000 bis 1:50.000 für die örtliche und regionale Planung zur Verfügung stehen.
Für die Ausweisung des Hochwasserrisikos in den Talbereichen der Mulde sind die Daten
ebenso anwendbar wie für die Evaluierung von modellierten Wasserspiegellagen bei bekannten
Abflüssen (Abb.5).
Es erfolgte darüber hinaus eine statistische Auswertung der vom Hochwasser betroffenen
Flächenanteile und Landnutzungen auf Basis der Biotoptypenkartierung (Sachsen, Sachsen-
Anhalt) sowie ein Vergleich der Verbreitung des Hochwassers 2002 mit dem Hochwasser der
Mulde 1954 und der holozänen Auelehmverbreitung (Quelle: Lithofazieskarte 1:50.000). In
großen Bereichen stimmt die Auelehmgrenze mit der Ausbreitung des Augusthochwassers
2002 überein und zeigt nochmals den extremen Charakter dieser Flut (Abb.6).
Mittels eines Vergleichs der Überflutungsbereiche in Bezug zur Lage und Höhe der ersten
Grundwasserleiter im Einzugsgebiet der Mulde konnte gezeigt werden, dass Damm- und Deichbrüche
insbesondere an den Stellen erfolgten, wo unterirdisch eine Verbindung zu heute inaktiven
ehemaligen Muldegrundwasserleitern existiert. Mittels der Nachbefliegung an den
sächsischen Mulden konnten großflächig morphodynamische Formen (Kiesheger, Auskolkungen,
Sander) im Flussverlauf aufgezeichnet werden (Abb.7).
48

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Schließlich stellen die digitalisierten Überflutungsbereiche eine wichtige Interpretationshilfe
für die Schadstoffwerte der Beprobungskampagne im Rahmen des Ad-hoc-Projektes dar
(Abb.5).
Teilprojekt 2.2
Als Ergebnisse werden im TP 2.2 großflächig Vegetationsbedeckung und aktuelle Landnutzungsverteilung
klassifiziert und mittels multitemporaler Satellitenbilddaten die Situation vor,
während und nach dem Hochwassergang verdeutlicht. Darüber hinaus wurden der Hochwasser-
49

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
gang und die Dauer der Hochwasserbeeinflussung der unterschiedlichen Nutzungstypen innerhalb
und außerhalb der Deiche untersucht.
Zur Identifizierung der betroffenen Areale und Nutzungen wurde eine Veränderungsanalyse
mittels des Change-detection-Verfahrens FESPA (Birger 2002) durchgeführt (Abb. 12).
Auf Basis der Daedalus-Daten war es möglich, die überschwemmten und durchfeuchteten
Areale (Abb. 9 u. 11) sowie die Verbreitung möglicher Akkumulationen zu ermitteln und die
nach Rückgang des Wassers verbliebenen Senkenflächen, die potentielle Kontaminationen
aufweisen können, zu erfassen. Die Hochwasser beeinflussten Flächen wurden innerhalb und
außerhalb der Deiche in folgende Klassen unterteilt:
- Fließgewässer
- Altwasserarme
- Standgewässer
- überflutete Gebiete
- Vernässungsflächen
- Flächen erhöhter Bodenfeuchte
- Gewässer mit hoher Suspensionsfracht
- Erosions- und Akkumulationsflächen (Abb. 10 u. 11).
Die ausgewiesenen Flächen werden für eine gezielte Analytik zur Verfügung gestellt. Zusätzlich
erfolgt eine Validierung der Klassifikationsergebnisse mit den Analysedaten.
Die aus den Fernerkundungsdaten ermittelten Ergebnisse werden mit den klassifizierten Realnutzungsflächen,
den Biotop- und Nutzungstypen der Länder sowie den ausgewiesenen Retentionsflächen
auf GIS-Ebene verschnitten und bewertet.
Zusätzlich wird ein Geoinformationssystem aufgebaut (Abb. 13), das für die gekoppelte GIS-
Fernerkundungsdaten-Klassifikation genutzt wird und zusätzlich einen umfassenden Überblick
zum Hochwassergeschehen und dessen Auswirkungen ermöglicht.
50

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Abb. 10: Fallbeispiel: Klassifikation von Gewässern
(hellblau), überfluteten Flächen (dunkelblau), Vernässungsflächen
(grün) und Flächen erhöhter Bodenfeuchte
(gelb) (Landsat ETM-Daten 20.08.2002) mittels
WLI-0312 vom Untersuchungsgebiet Wittenberg
Abb. 11: Fallbeispiel: Klassifikation der hochwasserbeeinflussten
Flächen (Daedalus-Daten 09.09.2002)
mittels FID-05 vom Untersuchungsgebiet Muldeaue
südlich Muldestausee
Abb. 12: Veränderungsanalyse mittels FESPA (Birger 2002) basierend auf Landsat ETM-Daten vom
14.08.2000 und 20.08.2002
Abb. 13: Dokumentation des Hochwassers im Geoinformationssystem
Martin-Luther-Universität-Halle Wittenberg
Fachbereich Geowissenschaften, Institut für Geographie
Arbeitsgruppe Kartographie/Geofernerkundung
51

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Teilprojekt 2.3
Fünf Gebiete (insgesamt 20 Flugstreifen) wurden bislang kalibriert, georeferenziert und mosaikiert.
Vier der fünf Gebiete wurden atmosphärenkorrigiert. Dies ist für viele thematische
Auswertungen der Bilddaten auch in anderen Teilprojekten und zur Integration in ein GIS-
System unabdingbar (Abb. 14 a). Thematisch wurde zunächst das Befliegungsgebiet Torgau
(ca. 500 km²) klassifiziert (Abb. 14 b). Für die unmittelbaren Auengebiete wurden thematisch
hochaufgelöste Karten von Bedeckungsgraden der Sedimentablagerungen, der Durchfeuchtung
und der Vegetationsanteile prozessiert (Abb. 14 c).
Um die Situation vor, während und nach dem Hochwasser besser analysieren zu können,
wurden weiterhin ausgewählte Daten von verschiedenen Satellitensensoren für die anderen
Teilprojekte zur Verfügung gestellt. Aus diesen Daten wurde für Teilgebiete eine Hochwassermaske
erstellt, die für die Stratifizierung der im Detail zu untersuchenden Überschwemmungsgebiete
dient (Abb. 14 d).
5 Diskussion und Integration der Ergebnisse aus den Teilprojekten
Basierend auf den vorliegenden Ergebnissen von Teilprojekt 2 können Aussagen hinsichtlich
der Verbreitung des Augusthochwassers 2002 sowie des Abflussverhaltens in den verschiedenen
Flussabschnitten der Vereinigten Mulde und der Elbe gemacht werden.
Durch die Kombination verschiedener Fernerkundungssensoren (Luftbild, Flugzeugscanner,
Satellitenbilddaten) ergibt sich ein detailliertes Bild der Flutausbreitung zu den entsprechenden
Aufnahmezeitpunkten in unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Skalenebenen. Die Daten
ermöglichen dabei eine Differenzierung der Flächen in vollständig überflutete, grundwassernasse,
feuchte und nicht überflutete Bereiche in planungsrelevanten Maßstäben 1:100.000 bis
1:10.000.
Die nach der Flut erfolgte Aufnahme der Daedalus-Daten, die HRSC-AX-Daten und die Nachbefliegung
(Orthobilder) in Sachsen ermöglichen darüber hinaus eine Klassifizierung der
flächenhaften Folgen (Erosion, Akkumulation, Auskolkungen, Dammbrüche und Straßenschäden)
der Flut (Abb.7 u. 16a, b, c).
Der Vergleich multitemporaler Satellitendaten vor und nach der Flut gestattet zudem Aussagen
hinsichtlich Art, Größe und Veränderung betroffener Landnutzungen.
Ein weiteres wesentliches Ergebnis von Teilprojekt 2 stellt die Unterstützung der Beprobung im
Bereich der Mulde- und Elbeflut zur besseren Interpretation der geochemischen Daten während
des Ad-hoc-Projektes dar.
6 Ausblick, Forschungsbedarf
Teilprojekt 2.1
Hauptziel zukünftiger Arbeiten zur Beschreibung der Hochwasserretentionsfunktion ist die
räumlich differenzierte Ermittlung der Minderungspotenziale für Abflussspitzen. Die Ausbreitung
von Hochwasser durch standortangepasste Landnutzungsformen in Abflussentstehungsgebieten
ist deshalb zu erfassen bzw. zu modellieren. Erfahrungen mit entsprechenden
Modellsystemen (SWAT, ArcEGMO, ABIMO, MIKE 11) liegen der Sektion Angewandte
Landschaftsökologie zur weiteren Auswertung vor. Die Effizienz raumplanerisch relevanter
und hochwasserreduzierender Maßnahmen gilt es zu überprüfen, um andererseits dadurch
bedingte Restriktionen für eventuell notwendige Maßnahmen aufzuzeigen.
52

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Abb. 14: Befliegungsgebiet Torgau, DAEDALUS-Flugstreifenmosaik (a), Multispektral-Klassifizierung (b), Spektral Unmixing (c), Verschnitt von LANDSAT-Daten mit
Hochwassermaske (d)
53

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Die Umsetzung der Arbeiten zur Retentionsfunktion von Flächen und Böden wird dabei sowohl
für die Talbereiche als auch für die Einzugsgebiete als Entstehungsräume geschehen.
Im Talraum selbst erfolgt die Nutzung der in Teilprojekt 2 erarbeiteten Überflutungsdaten zur
Verifizierung und Überprüfung modellierter Wasserspiegellagen sowie Retentionsvolumina für
ausgewählte Bereiche an der Mulde unter Berücksichtigung des natürlichen und technogenen
Reliefs (MIKE 11, ESRI Hydromodel, ESRI 3D-Analyst, Abb. 15). Darüber hinaus erfolgt z.Z.
eine modellgestützte Bewertung der Retentionseigenschaften (Oberflächenrauhigkeit, Sickerwasserregime
und Abflussregulation) auf den vom Hochwasser 2002 betroffenen Flächen an
der Mulde.
Abb. 15: Modellierung von Wasserspiegellagen für einen ausgewählten Abschnitt an der Vereinigten Mulde, wo
Retentionsflächen geplant werden.
Für die Einzugsgebiete als Entstehungsräume müssen langfristige Maßnahmen und Strategien
in Form von Handlungsoptionen formuliert werden. Die Minderung der Abflussspitzen durch
räumlich differenzierte Maßnahmen, wie die Entwicklung der Bodenversiegelung, landwirtschaftlicher
Nutzungsformen, des Waldumbaus oder der Auenreaktivierung müssen analysiert
und bewertet werden.
Die nachfolgende Kopplung der Strategien für Gewässer und Fläche sind weiterführend mit den
in der Planung vorgesehenen Schutz-, Vorsorge- und Vorranggebieten, Hochwasserschutzkonzeptionen,
Regionalplänen und Landschaftsprogrammen abzustimmen und zu bewerten.
Ebenso wird eine Integration der Abflussmodellierung mit Nähr- und Schadstoffflüssen im
Einzugsgebiet und im Gerinne angestrebt (TP. 3-8). Eine diesbezügliche Erweiterung auf den
lateralen Stofftransport (potentieller Ein- und Austrag) lässt Ergebnisse zur Ausweisung der
"signifikanten anthropogenen Belastungspotentiale" im Sinne der EU-WRRL erwarten.
Teilprojekt 2.2 und 2.3
Für langfristige Aussagen zum Schutz der Auen vor Hochwasser sowie im Rahmen der übergeordneten
Fragestellung der nachhaltigen Entwicklung von Landschaften stellen die Ergebnisse
des Ad-Hoc Projektes eine ausgezeichnete Datenbasis dar. Um eine bessere Bewertung der
Ergebnisse dieses Projektes vornehmen zu können und zukunftsorientierte Lösungen zu finden,
sind weiterführende Arbeiten dringend notwendig.
Die künftigen Arbeiten gliedern sich in folgende Teilaufgaben:
• Die durch die Fernerkundungsdaten ausgewiesenen hochwasserbeeinflussten Flächen werden
für eine gezielte Analytik zur Verfügung gestellt. Im Anschluss erfolgt eine Validierung
der Klassifikationsergebnisse mit den Analysedaten. Darauf aufbauend können die Daten
auf weitere Gebiete extrapoliert werden, die bisher noch nicht bearbeitet werden konnten.
• Repräsentative Standorte der am intensivsten betroffenen Gebiete werden zusätzlich mittels
feldspektrometrischer Messungen fortlaufend kontrolliert.
54

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
• Die flächenhafte Ausweisung von Schadstoff-/Schwermetallakkumulationen des Flusses im
Deichvorland werden u.a. für den Vertragsnaturschutz und die Bonitierung von Erträgen in
Bereichen der Schadstoffsenken benötigt. Für sich daraus ergebende Konsequenzen eventueller
Deichrückverlegungen oder Klärung von Entschädigungsfragen können die Ergebnisse
beitragen. Konkrete Anfragen diesbezüglich wurden bereits an die Martin-Luther-
Universität gerichtet.
• Gegenwärtig werden in den Ländern über laufende Laserscannerbefliegungen hochauflösende
Geländemodelle zur Verfügung gestellt. Es ist erforderlich, dass diese hochauflösenden
Geländemodelle für die gesamte Aue und nicht nur für die eingedeichten Gebiete
verfügbar sind. Die Verschneidungen der Höhenmodelle mit den Fernerkundungsdaten des
laufenden Projektes ermöglichen zusätzliche Aussagen über die Intensität der Wirkung der
belasteten Wässer.
• Für die Bewertung der Gesamtsituation ist es wichtig, großräumig sehr gute Kenntnisse
über die Veränderungen in den Einzugsgebebieten in der Vergangenheit zu erhalten. Dies ist
in verschiedenen zeitlichen Dimensionen und mittels unterschiedlicher Datenbasen realisierbar.
Die rasanten Veränderungen in der Flächennutzungsstruktur seit 1989/1990 lassen
sich großräumig ausgezeichnet mittels multispektralen Satellitenbilddaten realisieren.
Neben den Flächennutzungsklassifikationen sollten zusätzlich verschiedene Landschaftsstrukturparameter
zur Anwendung kommen, um verbesserte Aussagen zu den räumlichen
Verteilungsmustern von Flächennutzungen und der Bewertung des anthropogenen Einflusses
in den Flusseinzugsgebebieten zu erhalten. Die Ergebnisse sollen in Relation zu den
Niederschlags- und Abflussverhältnissen stehen. Somit kann eine Bewertung des Einflusses
der Änderungen der Flächennutzung erfolgen.
• Für ausgewählte kleinere Testgebiete können zusätzlich auf der Basis multitemporaler Karten-
und Luftbildanalysen die Veränderungen in den vergangenen 100 Jahren untersucht
werden. Hierfür eignen sich vergleichend Gebiete sehr geringer und sehr hoher anthropogener
Beeinflussung.
• Im Ad-Hoc Teilprojekt 8.3 werden die räumlichen Risikobereiche und Auswirkungen auf
die Landnutzungen durch die Veränderungen des Grundwasserregimes bewertet. Im Rahmen
dieses Teilprojektes und der darauf aufbauenden weiterführenden Arbeiten besteht
ebenfalls ein sehr hoher Informationsbedarf an flächendeckenden Landnutzungsdaten und
deren Beeinflussung für die Hochwassersituation. Aus diesem Grund ist eine Einbeziehung
der industriell geprägten Regionen zusätzlich zu den naturnah geprägten Auen dringend
notwendig.
• Der Muldedurchbruch im Bereich der Goitzsche hat zu enormen Erosionsprozessen sowohl
innerhalb des Tagebaus an bereits sanierten Böschungen als auch durch rückschreitende
Erosion auf angrenzenden landwirtschaftlichen Flächen geführt. Auf der Basis von aus
HRSC-AX-Daten generierten DHM - Differenzmodellen können Aussagen zur qualitativen
und quantitativen erosiven Wirkung des Hochwassers ermittelt werden. Die gleiche Methodik
zur Detektion der erosiven Veränderungen können für den Muldelauf angewendet werden.
Insbesondere sind die Uferabbrüche und die Bildung rezenter Sandbänke im
Uferbereich und im Fliessgewässer zu nennen (Abb. 16a, b, c).
Die Weiterführung des Projektes kann mit der übergeordneten der Zielstellung der Nachhaltigkeit
künftiger Retentionsflächen unter Berücksichtigung der ökologischen und sozio-ökonomischen
Kriterien und unter Verwendung aller Daten erfolgen.
55

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Abb. 16a: HRSC-AX-Flugzeugscannerdatensatz
(Auflösung: x,y=40 cm;
Kanalkombination: 4/3/2 in R/G/B)
Abb. 16b: Digitales Oberflächenmodell
(Höhenschichtungsdarstellung)
generiert aus HRSC-AX-Daten
(Auflösung: x,y=100 cm; z=10 cm)
Abb. 16c: Querprofil durch
Erosionsrinnen
(Berechnung von Abtragsvolumen
möglich)
7 Dankssagung
Dem Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt (Dr.
Uhlmann, Herr Friedrich), den Kollegen Heinze und Siebert sowie Herrn Häfner und Frau Dr.
Palmer vom STUFA Leipzig als auch Dr. Frietsch und Frau Rösler vom LfUG (Naturschutz und
Landschaftspflege) sei für die Bereitstellung der Daten und die fachliche Kooperation gedankt.
Dem BMBF und den UFZ-Koordinatoren danken die Autoren für die Förderung und Unterstützung
im Ad-hoc-Elbehochwasser-Projekt.
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Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
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WEICHEL, T., HAASE, D. (2003b): GIS-basierte Analyse der Überschwemmungsflächen der Mulde im
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57

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Non Target Screening organischer Schadstoffe des Sediments der unteren
Mulde (TP 3.10)
Nicolas Heinzel, Michael Specht, Stephan Franke, Wittko Francke
Universität Hamburg, Institut für Organische Chemie, Labor für organisch-chemische Mikroanalytik,
Tel. 040/42838 6506, Fax 040/42838 2893, heinzel@chemie.uni-hamburg.de
1 Einleitung
Die Mulde, die einen der größeren Nebenflüsse der Elbe darstellt, hat sich in zurückliegenden
Untersuchungen als herausragend belastet mit Schwermetallen und organischen Schadstoffen
erwiesen1. Ein besonderer Schwerpunkt der Kontamination mit organischen Schadstoffen lag
dabei am Unterlauf der Mulde abwärts des Stausees Muldenstein in der Region Bitterfeld-
Wolfen bis zur Einmündung in die Elbe bei Dessau.
Im Rahmen des auf ein Jahr Laufzeit angelegten Ad-hoc-Projekts "Schadstoffuntersuchungen
Elbe-Hochwasser August 2002" dient das Teilprojekt 3 der Ermittlung des Schadstoffpotentials
in Elbe und Mulde und innerhalb dieses Teilprojekts das Arbeitspaket 3.10, über das hier
berichtet wird, der Identifizierung organischer Schadstoffe durch gaschromatographische (GC)
und gaschromatographisch/massenspektrometrische (GC/MS) Non Target Screening Untersuchungen.
Untersuchungsgegenstand sind dabei Sedimente, Oberflächen- und Grundwasser
ausgewählter Standorte des Muldeeinzugsgebiets zwischen Bittterfeld-Wolfen und Dessau
sowie der Elbe nahe der Muldemündung.
Bedingt durch die kurze Laufzeit des Projekts (Beginn Februar 2003), fällt die Vorbereitung
dieses Tagungsbeitrags in eine Projektphase, in der bereits erste Ergebnisse von Sedimentuntersuchungen
vorliegen, Wasseruntersuchungen plangemäss jedoch nicht abgeschlossen sind.
Darüber hinaus werden weitere Beprobungen im September 2003 durchgeführt. Der Tagungsbeitrag
liefert daher als Schwerpunkt Ergebnisse von Sedimentuntersuchungen, Analysen des
Grundwassers aus dem Gebiet Bitterfeld-Wolfen und von Oberflächenwasser werden zu einem
späteren Zeitpunkt ausführlicher dargestellt.
2 Methoden: Non Target Screening
Die Analyse organischer Substanzen wird in Umweltproben häufig durch schwierige Matrices
und die unbekannte Anzahl der darin vorliegenden Schadstoffe erschwert. Bei Target-
Analysen, die sich auf mehr oder minder begründet ausgewählte Substanzen beschränken,
werden selektive oder spezifische analytische Methoden in entsprechend validierten Verfahren
angewandt, um zu quantitativen Aussagen zu gelangen. Substanzen, für die das Verfahren nicht
validiert ist, entziehen sich dieser Analytik.
Das Ziel von Non Target Analysen besteht darin, eine breite Palette organischer Substanzen zu
erfassen, ohne dass bereits bekannt sein muss, welche Analyten in den Proben vorliegen.
Dementsprechend müssen hier weniger selektive Methoden für die Matrixabtrennung und
Anreicherung der Probenkomponenten zur Anwendung kommen.
Eine vollständige analytische Non Target Methode zur Identifizierung unbekannter Substanzen
umfasst folgende, für die zuverlässige Identifizierung originärer Probenkomponenten gleichermassen
wesentliche Schritte: (1) Kontaminationsfreihe Probenahme. (2) Matrixabtrennung und
Anreicherung organischer Substanzen durch unselektive Extraktion mit mehreren Lösungsmitteln
unterschiedlicher Polarität. Um dabei Anreicherungen von Lösungsmittelverunreinigungen
zu vermeiden, müssen Extraktionsmittel von hoher, durch Laborkontrollen bestätigter Reinheit
verwendet werden. Ein Zusatz isotopenmarkierter ( 2 H, 13 C) interner Standards dient der Überwachung
der Effizienz der Extraktion. (3) Trennung des isolierten Substanzgemischs durch
58

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
chromatographische Verfahren. Extrakte von Wasserproben sind häufig bereits für gaschromatographische
Trennungen geeignet. Sedimentextrakte sind dafür in der Regel zu komplex und
erfordern eine flüssigchromatographische Fraktionierung. (4) Analyse der Extrakte und Fraktionen
durch GC und GC/MS. Ein Zusatz weiterer isotopenmarkierter ( 2 H, 13 C) Standards dient
der internen Instrumentenkontrolle und liefert den Bezug für Kalbrierungen mit internem Standard.
(5) Prüfung der Analysendaten auf Konsistenz durch Vergleich mit Parallelproben,
Lösungsmittelkontrollen und Verfahrens-Blanks. (6) Identifizierung bekannter Substanzen
durch Vergleiche mit Massenspektrendatenbanken und Retentionsindex-Sammlungen oder
durch Messung authentischer Referenzsubstanzen. (7) Vertiefte Auswertung der Massenspektren
unbekannter Substanzen, Erarbeitung von Strukturvorschlägen. Suche in chemischen
Datenbanken nach identischen oder ähnlichen Substanzen. Strukturbeweis durch Synthese oder
authentische Vergleichssubstanz aus anderer Quelle.
3 Ergebnisse
Sedimentbeprobungen vom April 2003 zeigten, dass infolge der Überschwemmungsereignisse
des August 2002 und späterer Hochwasserführung der Mulde das feinkörnige Material weitgehend
aus dem Flussbett der Mulde und des Spittelwassers ausgetragen worden ist. Die Auswahl
der Probenahmepunkte an der Mulde orientierte sich an Orten, an denen in Rahmen des Projektverbunds
Elbe 2000 - Elbenebenflüsse bereits Sedimente beprobt worden waren 1a,b . Im April
2003 konnte hier teilweise kein feinkörniges Sediment mehr festgestellt werden, so dass andere
Orte gesucht werden mussten. Die wenigen Stellen an denen feinkörniges Sediment gefunden
werden konnte, haben eine teilweise noch hochgradige Belastung mit Chlorbenzolen, HCH,
DDT-Metaboliten und weiteren Chloraromaten ergeben. Darüber hinaus stellen Kongenerengemische
von Alkylsulfonsäureestern des Phenols und des Kresols, die in der unteren Mulde erstmals
als Umweltkontaminanten erkannt worden waren 2 , weiterhin herausragende Kontaminanten
des Muldesediments dar.
Im Sediment des Beprobungsorts 2 (vgl. Lageplan) wurden Hinweise auf hohe Konzentrationen
von Benzyl-, β-Phenylethyl-, und Kresylestern langkettiger Carbonsäuren gefunden, die hier in
homologen Reihen auftreten. Auch eine dünne Schaumschicht in Ufernähe auf dem Wasser, die
hier ebenfalls beprobt wurde, enthielt diese Substanzen. Bekannt ist die Verwendung solcher
Ester in kosmetischen Formulierungen, jedoch nicht ihr Vorkommen in der Umwelt. Diese
Substanzen wurden früher in der Mulde nicht beobachtet; sie könnten Indikatoren der Veränderung
von Belastungsquellen darstellen.
Demgegnüber wurde im Sediment des Spittelwassers (vgl. Lageplan, 3) neben den genannten,
verbreitet in den Sedimenten vorhandenen Chlorbenzolen, HCH-Isomeren und DDT-Metaboliten
eine Fülle von weiteren überwiegend chlorierten Industriechemikalien nachgewiesen
(chlorierte Butadiene, Hexadiene, Styrole, Aniline, Naphthaline, Bromcumene, sowie nicht
halogenierte aromatische Amine und Ether). Dies dokumentiert die nach wie vor ausserordentlich
hohe Belastung durch die in diesem Gebiet über Jahrzehnte stattgefundenen Umweltverschmutzung.
Dennoch können aus dem Vergleich mit Untersuchungsergebnissen von
Muldesedimenten aus dem Jahr 1993 zum Teil Verringerungen bei der Kontamination mit
bestimmten chloraromatischen Substanzen 3 , wie chlorierten Diphenyl- und Triphenylmethanen
4 , sowie Pestiziden abgeleitet werden.
4 Zitate
1a S. Franke, S. Hildebrandt, J. Schwarzbauer, M. Link, W. Francke, Identifizierung und quantitative
Bestimmung organischer Substanzen in Wasser und Sedimenten der Elbe und der Mulde, in: Belastung
der Elbe und ihrer Nebenflüsse mit organischen Schadstoffen, Workshop-Abstracts, S. 177-190, GKSS-
Forschungszentrum Geesthacht GmbH (1995).
59

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Lageplan zur Sedimentbeprobung TP 3.10, 14. - 16. 04. 2003:
1, 2, 4 Mulde; 3 Spittelwasser; 5, 6 Elbe.
60

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
b W. Francke, S. Franke, S. Hildebrandt, M. Link, J. Schwarzbauer, Spurenanalytik organischer
Substanzen zur Charakterisierung der Belastung und Festlegung sanierungsrelevanter Leitparameter, in:
Die Belastung der Elbe, Teil I - Elbenebenflüsse, Hrsg. Forschungszentrum Karlsruhe GmbH (PtWT)
S. 136-160 (1994).
c A. Arnold, K. Jendryschik, A. Müller, Der Bitterfelder Muldestausee - eine bedeutende Schadstoffsenke
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S. 147 f., Hrsg. W. Geller, UFZ Leipzig - Halle GmbH. Teubner, Stuttgart, Leipzig
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wirksamer Substanzen in Sedimenten des Spittelwassers, in: Gewässerschutz im Einzugsgebiet
der Elbe / 8. Magdeburger Gewässerschutzseminar, S. 149 f., Hrsg. W. Geller, UFZ Leipzig - Halle
GmbH. Teubner, Stuttgart, Leipzig (1998).
e R. Lüschow, K.-H. Runte, E. Becker, H. Erlenkeuser, I. Große, M. Pohl, H. Reincke, T. Schillings, B.
Stachel, Untersuchungen zur Belastung von Ablagerungsfolgen der Mulde mit organischen Schadstoffen
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Teubner, Stuttgart, Leipzig (1998).
f L. Zerling, A. Arnold, C. Hainisch, K. Jendryschik, M. Lohse, der Einsatz von Sedimentfallen als
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(1998) 580-588.
3 S. Franke, S. Hildebrandt, J. Schwarzbauer, M. Link, W. Francke, Organic compounds as contaminants
of the Elbe river and its tributaries. Part II: GC/MS screening for contaminants of the Elbe water, Fresenius
J. Anal. Chem. 353 (1995) 39-49.
4 J. Schwarzbauer, S. Franke, W. Francke, Chlorinated di- and triphenylmethanes in sediments of the
Mulde and Elbe rivers, Part IV of organic compounds as comtaminants of the Elbe river and its tributaries,
Fresenius J. Anal. Chem. 365 (1999) 529-536.
Ökotoxikologische Befunde aus dem Wattenmeer
Susanne Heise 1 , Sebastian Höss 2 , Wolfgang Ahlf 3
1
BIS, TUHH, Eissendorferstr. 40, 21073 Hamburg, Tel 040/42878-2862, Fax 040/42878-2315, s.heise@tuharburg.de
2 ECOSSA, Thierstr. 43, 80538 München, hoess@ecossa.de
3
AB Umweltschutztechnik; TUHH, Eissendorferstr. 40, 21073 Hamburg, Tel 040/42878-2862, Fax 040/
42878-2315, ahlf@tu-harburg.de
1 Einleitung
Bei den Strategien zur Bewertung von Sedimenten und Schwebstoffen dominiert in der Bundesrepublik
Deutschland der chemisch-numerische Ansatz. Eine rein chemisch-analytische Unterscheidung
gefährlicher von nicht gefährlichen Sedimenten erscheint jedoch in Anbetracht der
Vielzahl bekannter sedimentassoziierter Verbindungen und dem geringen Wissen über deren
toxische Wirkung nur in einem sehr begrenzten Maße möglich. Für eine Bewertung von Sedimenten
und Schwebstoffen sind vielmehr biologische Wirkungstests notwendig, um summarisch
die Wirkung aller Inhaltsstoffe zu erfassen. Somit kann eine ökotoxikologische Bewertung
61

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
der Sedimentqualität nur mittels einer Kombination von standardisierten chemischen und biologischen
Testverfahren erfolgen (Ahlf et al. 2002a).
Nachdem die Sedimenttoxizität in der ersten Untersuchungsphase in Biotests direkt bestimmt
wird, kann die Bewertung einer Sedimentqualität mit einem ökotoxikologischen Klassifikationssystem
durchgeführt werden, das auf der Basis eines großen Datensatzes für Elbesedimente
entwickelt wurde. Diese Vorgehensweise wurde benutzt, um die Auswirkungen der Hochwasserwelle
auf die Sedimente im Elbmündungsgebiet zu bestimmen. Es wurden Sedimente in
Höhe von Brunsbüttel vom 21. bis 24. August 2002, vor Erreichen der Hochwasserwelle,
genommen und nach der Flutwelle vom 30. September bis 2. Oktober nochmals an den gleichen
Probeorten.
2 Methoden
Die Vorgehensweise nutzt biologische Testverfahren, die entweder DIN normiert sind oder sich
im Normierungsverfahren befinden. In einem Projekt des Umweltbundesamtes wurde eine
Testkombination auf Eignung für die Ableitung von Qualitätszielen geprüft. Im Abschlussbericht
wurden die verwendeten Methoden detailliert beschrieben (Ahlf & Gratzer 1999). Die
Auswahl der Bioteste berücksichtigte auch unterschiedliche Expositionswege, wobei sich als
notwendige Kombination ein Minimalset von vier Tests mit sechs Beobachtungsgrößen herausstellte.
Im Einzelnen waren dies:
Leuchtbakterientest an Eluaten und methanolischen Extrakten, Algentest an Eluaten, sowie
Bakterienkontakttest und Nematodentest an Sedimenten direkt.
Die Einteilung der Sedimente in fünf Klassen beachtete die unterschiedlichen Sensitivitäten und
Variabilitäten der einzelnen Testsysteme (Heise et al. 2000).
3 Ergebnisse
Die Unterschiede der Giftwirkungen zwischen den beiden Probenkampagnen sind in Abb. 1
summarisch zusammengefasst worden. Die "Box-Whiskers-Plots" zeigen, dass die Reaktionen
spezifisch für die Testsysteme sind und der Algentest besonders empfindlich auf die Sedimente
nach der Flut anspricht. Auch der Toxizitätsnachweis im Nematodentest ist signifikant erhöht.
Nur der Leuchtbakterientest mit Eluaten der Sedimente entspricht nicht dem durchgängigen
Bild einer Toxizitätserhöhung, sondern die Wirkung ist im Gegenteil signifikant erniedrigt.
100
B
A
B
A
B
75
A
B
Hem m ung (%)
50
25
A
B
A
0
-25
Elua t Extra kt
Algen Leuchtbakterien Ba kte rie n Nematoden
Abb. 1 Summarische Darstellung aller Toxizitätswerte vor (A) und nach (B) der Flutwelle
62

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Positionen der GKSS-Proben
8°40'
8°45'
8°50'
8°55'
9° 0'
9° 5'
53°56'
53°56'
53°54'
53°54'
53°52'
1
5
1 23
7
53°52'
53°50'
8 9
6
53°50'
8°40'
8°45'
8°50'
8°55'
9° 0'
9° 5'
Scale: 1:366554 at Latitude 0°
Abb. 2 Lage der Probeorte in der Elbmündung und Toxizitätsklassen vor der Flutwelle
Positionen der GKSS-Proben
8°40'
8°45' 8°50'
8°55'
9° 0'
9° 5'
53°56'
53°56'
53°54'
53°54'
53°52'
1 23
7
53°52'
53°50'
8 9
6
53°50'
8°40'
8°45'
8°50'
8°55'
9° 0'
9° 5'
Scale: 1:366554 at Latitude 0°
Abb. 3 Lage der Probeorte in der Elbmündung und Toxizitätsklassen nach der Flutwelle
Die Sedimente wurden einer Klassifikation unterzogen und in Abbildung 2 und 3 den einzelnen
Standorten zugeordnet. Während die Sedimente der ersten Probenserie zwischen den Klassen 2
und 5 variierten, wurden die Sedimente nach der Hochwasserwelle ohne Ausnahme in Klasse 4
und 5 eingestuft.
4 Diskussion und Schlussfolgerungen
Eine ökotoxikologische Bewertung von Sediment- und Schwebstoffproben sollte - da sie die
biologisch schädliche Wirkung von partikulär gebundenen Schadstoffen ermittelt - neben
chemischen Untersuchungen besonders auf biologischen Wirktests basieren. Während inzwischen
einige gut validierte Biotestverfahren für die Untersuchung von Sedimenten und Schwebstoffen
vorliegen und im Rahmen dieser Studie angewendet wurden, gibt es noch einen
Forschungsbedarf bei der Aggregation der Daten und der Ableitung von ausreichend validierten
Bewertungsstrategien: Die Befunde der einzelnen Untersuchungen aus Testbatterien können
63

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
zunächst getrennt ausgewertet und beurteilt werden. Prinzipiell erscheint es sinnvoll, alle erhobenen
Ergebnisse zur Bewertung zu berücksichtigen (Ahlf et al., 1997). Ähnlich wie in der
medizinischen Differentialdiagnostik ermöglicht eine komplexere Untersuchung - im Bedarfsfall
- mit spezifischeren biologischen Endpunkten, wie etwa Gentoxizität, endokrine Wirkung,
P450-Induktion; (Hollert et al., 2002), oder eine bioassay-dirigierte Fraktionierung zur Ermittlung
problematischer Substanzklassen (Brack et al., 1998) ergänzende Aussagen zum Schädigungspotential.
Prinzipiell können alle biologischen und chemischen Daten in eine umfassende
integrierte Sedimentbewertung eingehen (Ahlf et al. 2002b).
Hier wurde der erste Schritt eines Bewertungskonzeptes durchgeführt, indem mit einem Set
von standardisierten Biotests die Sedimente geprüft wurden. Alle Werte gingen in eine Bewertung
mit fünf Klassen ein. Dieses System erlaubt eine rasche Übersicht der Sedimenttoxizität
und ist sinnvoll, um ein Risikomanagement zu ermöglichen.
Im Vergleich mit früheren Untersuchungen konnten zwei Schlussfolgerungen gezogen werden:
1. Das Gefahrenpotenzial im Mündungsbereich der Elbe hat in den letzten Jahren zugenommen.
2. Hochwasserereignisse beschleunigen diesen Prozess.
Inwieweit die Auswirkungen eine Momentaufnahme darstellen oder sich über die Zeit manifestieren,
kann nicht aus den Ergebnissen abgleitet werden. Die Entwicklung der zunehmenden
Toxizität im Elbeästuar spricht dafür, dass die Auswirkungen der Flutwelle eine längere Zeit
andauern. Um diese Frage endgültig zu beantworten, müssen aber weitere zeitlich gestaffelte
Untersuchungen durchgeführt werden, die eine Trendanalyse ermöglichen.
5 Literatur
Ahlf W, Hollert H, Neumann-Hensel H, Ricking M (2002a) A guidance for the assessment and evaluation od
sediment quality J Soils& Sediments 2(1) 37-42
Ahlf W, Braunbeck T, Heise S, Hollert, H. (2002b) Sediment and Soil Quality Criteria. In: Burdon F (ed)
Environmental Monitoring Handbook. McGraw
Ahlf W, Gratzer H (1999): Erarbeitung von Kriterien zur Ableitung von Qualitätszielen für Sedimente und
Schwebstoffe. UBA-Texte, 44/99, 171 S
Brack W, Altenburger R, Ensenbach U, Nehls S, Segner H & Schüürmann G (1998) Hazard assessment of a
contaminated sediment using a biotest battery, 8th Annual Meeting of SETAC-Europe, Bordeaux,
Poster 1D/P007.
Heise S, Maaß V, Gratzer H, Ahlf W (2000): Ecotoxicolgical sediment classification - capabilities and potentials
- presented for Elbe river sediments. Mitteilungen der Bundesanstalt für Gewässerkunde, 22, 96-
104
Hollert H, Heise S, Pudenz S, Brüggemann R, Ahlf W, Braunbeck T (2002) Application of a sediment quality
triad and different statistical approaches (Hasse diagrams and fuzzy logic) for the comparative evaluation
of small streams. Ecotoxicology 11(5) 311-321
64

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Brandenburger Elbauen - Schadstoffbelastung der Böden durch
Hochwasserereignisse und Folgen für die Nutzung
Gundula Herwig 1 , Wolfgang Dinkelberg 2 , Jürgen Ritschel 2
1 Ministerium für Landwirtschaft, Umweltschutz und Raumordnung, Albert-Einstein-Straße 42-46,
14473 Potsdam, Tel. 0331/8667350, Fax 0331/8667241, gundula.herwig@mlur.brandenburg.de
2 Landesumweltamt Brandenburg, Michendorfer Chaussee 114, 14473 Potsdam, Tel. 0331/2776-0,
Fax 0331/ 2776-309
1 Zusammenfassung
Vom Augusthochwasser der Elbe im Jahr 2002 waren im Land Brandenburg Vordeiche (ca.
1700 ha) und Polder (ca. 4.000 ha) in vier Landkreisen betroffen. Um mögliche Neueinträge von
Schadstoffen zu ermitteln, untersuchte das Landesumweltamt Brandenburg u.a. Böden an
bereits in den Vorjahren untersuchten Probenahmestellen. Das Parameterspektrum wurde nach
Ergebnissen der aktuellen Wasser-, Schwebstoff- und Sedimentuntersuchungen festgelegt.
In den Böden der seit ihrer Einrichtung ab 1955 erstmalig überfluteten Polder wurden keine
Überschreitungen von Prüf- und Maßnahmenwerten der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung
(BBodSchV) ermittelt. Die Schadstoffgehalte liegen im Bereich der Hintergrundwerte
für Auenböden im Land Brandenburg, ein signifikanter Schadstoffeintrag durch das
Hochwasser des Jahres 2002 war nicht nachweisbar. Maßnahmen sind daher nicht erforderlich.
In den Vordeichgebieten werden dagegen durchgängig die Vorsorgewerte für Pb, Cd, Cr, Cu,
Ni und der Maßnahmenwert für As überschritten. Auf Grund der bereits bestehenden Schadstoffbelastungen
(u.a. Überschreitung der Maßnahmenwerte für As, Hg und Cu sowie stark
erhöhte PCDD/F-Gehalte) besteht hier konkreter Handlungsbedarf. Den landwirtschaftlichen
Flächennutzern wurden erste Handlungsempfehlungen zur Reduzierung des Schadstofftransfers
in Futtermittel und tierische Produkte gegeben, gleichzeitig wurde der weitere Untersuchungsbedarf
festgelegt. Über Nutzungsempfehlungen hinaus ist in den betroffenen
Landkreisen die Untersuchung des Wirkungspfades Boden - Pflanze/Tier - Lebensmittel im
engen Zusammenwirken der betroffenen Behörden angeordnet worden. Entsprechende Untersuchungen
von Aufwuchs und tierischen Produkten laufen gegenwärtig in den betroffenen
Landkreisen Elbe-Elster und Prignitz. Dabei sind zur Stärkung des Verbraucherschutzes
mögliche Transferpfade von Schadstoffen zu prüfen und erforderliche Maßnahmen zur Gefahrenabwehr
und einer nachhaltigen Flächennutzung abzuleiten und dauerhaft umzusetzen.
2 Untersuchungen im Vordeichbereich der brandenburgischen Elbtalaue
Das Landesumweltamt Brandenburg hat in den vergangenen Jahren umfangreiche Untersuchungen
in den brandenburgischen Auen- bzw. Polderbereichen der Oder, Havel und Elbe
durchgeführt 1 . Der Schwerpunkt lag aufgrund der besonderen Belastungssituation auf dem
Vordeichbereich der brandenburgischen Elbtalaue.
Die Flächengröße des gesamten Vordeichbereichs der Elbe im Landkreis Elbe-Elster (LK EE)
wird auf ca. 665 ha geschätzt (davon ca. 400 ha landwirtschaftliche Nutzfläche (LN); hiervon
ca. 20 % Ödland (ehemals Nutzung durch Armee), ca. 20 % Altarme/Ödland (Auwälder), ca.
10 % Ackerland, ca. 50 % Grünland). Entsprechend dem noch gültigen "Beschluss des Rates
des Bezirkes von Schwerin zur Festlegung von Hochwasserschutzgebieten der Elbe und ihrer
Rückstaugebiete (Beschluß-Nr. 194/87, 1987) werden u.a. im brandenburgischen Teil der
1. - vgl. auch Anders, L.., Dinkelberg, W. (1998), LUA / LfL (1999); LUA / LfL (2000); Dinkelberg, W.
et al. (2000); Ritschel, J. et al. (2001); LUA (2002); Ritschel, J.; Dinkelberg, W. (2003)
65

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Altkreise Perleberg und Ludwigslust (Landkreis Prignitz LK PR) ca. 1.700 ha Vordeichflächen
(davon ca. 1164 ha LN) und ca. 930 ha Rückstaubereiche in andere Gewässer (Gnesdorfer
Vorfluter, Stepenitz, Löcknitz und Alte Elde; davon ca. 692 ha LN) ausgewiesen.
Im Jahr 1997 wurden im Rahmen des vom LUA geförderten Projektes der Fachhochschule
Eberswalde "Regionalisierung von Bodenschutzdaten auf Auenstandorten" im LK PR die zwei
Standorte Wittenberge Süd und Nord anhand eines verdichteten Probenahmeraster untersucht.
Dabei wurden jeweils Bodenproben vor und hinter dem Deich entnommen. 1998 wurden an
sechs weiteren problemorientiert ausgewählten Elbauenstandorten transektbezogen orientierende
Untersuchungen nach § 3 Abs. 3 Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung
(BBodSchV) durchgeführt (Standorte Borschütz und Altbelgern im LK EE und Quitzöbel,
Rühstädt, Gandow, Wootz im LK PR). Die meisten Standorte werden als extensives Grünland
genutzt. Um Aussagen zum Schadstofftransfer vom Boden in den Aufwuchs bzw. in tierische
Produkte zu ermitteln, wurde im Jahr 1999 erneut eine transektbezogene Probenahme von
Boden und Aufwuchs an den acht bereits untersuchten Standorten vom LUA und der ehemaligen
LfL durchgeführt. Im Zusammenhang mit der Überschwemmung von Poldern und
Vordeichen von Elbe und Havel durch das Elbehochwasser 2002 wurden durch das LUA stichprobenartige
Beprobungen im Rahmen eines eingeschränkten Untersuchungsprogramms
durchgeführt. Sie hatten das Ziel, die Auswirkungen dieser Überflutung auf den Boden zu
untersuchen, den Schadensumfang zu ermitteln und ggf. kurzfristige Handlungsempfehlungen
abzuleiten.
Im Rahmen der dargestellten Untersuchungsprogramme 1998 und 1999 an den acht Auenstandorten
entlang der Elbe erfolgte die Auswahl der Beprobungspunkte so, dass mit den Ergebnissen
eine Erstbewertung hinsichtlich einer vorliegenden Gefahren und eine räumliche Abgrenzung
erfolgen konnten. Dabei fanden sowohl geologisch/geomorphologische Auswahlkriterien als
auch Ergebnisse bisheriger Arbeiten in diesem Gebiet Berücksichtigung. Die Strategie der
Bodenbeprobung orientierte sich an der BBodSchV (vgl. Ritschel und Dinkelberg, 2003).
3 Untersuchungsergebnisse
Bei den Untersuchungen 1998 und 1999 wurden durch das LUA die in Tabelle 1 und 2 dargestellten
Schadstoffgehalte ermittelt (LUA/ LfL 2000). Eine statistische Auswertung war auf
Grund zu geringer Probenzahlen je Standort nicht möglich.
Durch Monse et al. (1998) wurden an den Standorten Wittenberge-Süd und -Nord neben den
Vordeichen auch Binnendeichbereiche in einem verdichtetem Raster beprobt. Abbildung 1
weist einen deutlichen Unterschied der Schadstoffkonzentrationen bei Vor- und Binnendeichproben
aus.
Bis auf Ausnahmen ist die oberste Tiefenstufe (0 bis 10 cm) der Hauptakkumulationsbereich;
die Stoffgehalte nehmen mit der Tiefe ab. Die Schadstoffbelastung ist an den Probenahmepunkten
in Ufernähe tendenziell geringer als in Senken und Deichnähe (Abbildung 2).
Gegenüber den Hintergrundgehalten brandenburgischer Auenböden wurden durchgehend
erhöhte Schadstoffgehalte ermittelt. Die Vorsorgewerte werden für Schwermetalle an allen
Standorten - teilweise erheblich - überschritten. Für PAK werden an drei und für PCB 6 an fünf
Standorten im Maximum die Vorsorgewerte überschritten. Die Maßnahmenwerte Grünland für
As, Cu Schaf und Hg werden im Maximum in den meisten Fällen überschritten (Tab.3).
In den untersuchten Oberbodenproben der acht Standorte (Transekte mit je 3 bis 4 Probenahmestellen)
wurden PCDD/F-Gehalte zwischen 2,8 und 1.080 ng I-TE/kg ermittelt. Die Proben
lassen sich entsprechend dem empfohlenen Handlungsbedarf verschiedenen Klassen zuordnen
(Tab.4).
66

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Tab. 1: Gehalte von Schwermetallen und Arsen in Bodenproben im Vordeich der brandenburgischen
Elbtalaue der (Min.-Max., mg/kg, 0-10cm) (Quelle: FIS BOS)
1900 2
Ort As Pb Cd Cr Cu Ni Hg Zn
Borschütz 12-37 36-88 < 0,5-3,5 28-92 23-92 16-40 0,3-2,3 112-504
Altbelgern 12-46 33-102 < 0,5-3,9 33-106 20-99 18-41 0,27-2,01 94-465
Quitzöbel 7-50 2-212 0,6-12,5 10-248 7-368 7-83 0,77-19,3 81-1320
Rühstädt 9-23 3-118 < 0,5-4,2 11-89 9-110 7-38 0,37-3,1 84-942
Wittenberge
14-59 53-251 0,5-9,7 61-114 77-148 18-61 0,2-14 173-1150
Süd
Wittenberge
12-80 95-356 4,2-10 127-206 173-236 44-81 2,6-15,0 977-1400
Nord
Gandow 12-95 41-245 1,3-10 47-200 54-295 16-67 2,45-16,7 365-1285
Wootz 8-83 16-230 < 0,5-13 21-209 17-305 27-72 1-15,7 173-1600
VW- 1) - 40/70/100 0,4/1/1,5 30/60/100 20/40/60 15/50/70 0,1/0,5/1 60/150/200
MW-GL 2) 50 1200 20 - 1300
-
(200)
(200) 3) (5)
HW 90-GL 4) k.A. 19 0,2 k.A. 7 k.A. 0,06 k.A.
HW 90-AK 5) k.A. 22 0,2 18 16 13 0,05 52
1) Vorsorgewerte nach Anhang 2 BBodSchV für Sand, Lehm/Schluff, Ton
2) Maßnahmenwerte nach Anhang 2 BBodSchV für Grünland (in Klammern Prüfwert für Ackerbauflächen, für As 50
mg/kg bei zeitweise reduzierenden Verhältnissen)
3) Maßnahmenwert nach Anhang 2 BBodSchV; gilt bei Grünlandnutzung durch Schafe
4) Hintergrundgehalte brandenburgischer Auenlehme und -tone (Grünland, 90.Perzentil)
5) Hintergrundgehalte brandenburgischer Auenlehme und -tone (Acker, 90.Perzentil)
Tab. 2: Gehalte von organischen Schadstoffen in Bodenproben im Vordeich der brandenburgischen
Elbtalaue der (Min.-Max., 0-10cm) (Quelle: FIS BOS)
Ort PCDD/F (ngITE/kg) PAK (mg/kg) PCB 6 (g/kg)
Borschütz 8,3-7,6 < 1-9,6 7,7-148
Altbelgern 11,0-36,5 < 1-7,7 4,2-156
Quitzöbel 3,0-162 < 1-4,3 < 1-138
Rühstädt 2,8-38,9 < 1-1,2 1,1-10,7
Wittenberge-Süd 76,2-784 < 1-4,0 10-80
Wittenberge-Nord 60,7-355 4,8-7,6 < 1-10
Gandow 10,6-1080 < 1-5,7 11-136
Wootz 45,5-968 1,9-7,1 60,1-110
VW 1) - 3 / 10 50 / 100
MW 2) - - 200
BLAG-D. 3) 5 / 40 - -
HW 90 4) 2 6,5 58
1) Vorsorgewerte nach Anhang 2 BBodSchV für Humusgehalt < 8 % und > 8 %
2) Maßnahmenwert nach Anhang 2 BBodSchV für Grünland
3) Richtwerte und Handlungsempfehlungen der Bund/Länder-AG ‚Dioxine’ für landwirtschaftliche Nutzung
< 5 ng I-TE/kg: Zielgröße; jegliche Nutzung ungeprüft möglich
5-40 ng I-TE/kg: Prüfaufträge und Handlungsempfehlungen für die landwirtschaftliche und gärtnerische Bodennutzung
> 40 ng I-TE/kg: Einschränkung auf bestimmte landwirtschaftliche u. gärtnerische Bodennutzung - uneingeschränkte
Nutzung nur bei nachgewiesenem minimalem Dioxintransfer
4) Hintergrundgehalte brandenburgischer Auenböden; für PCDD/F Angaben für Grünland, ländlicher Raum
Die Untersuchung des Aufwuchses der Standorte ergab, dass bei einigen Proben die Höchstgehalte
für unerwünschte Stoffe in Futtermitteln nach Futtermittelverordnung (FMV) überschritten
wurden bzw. bei anderen Stoffen kritische Konzentrationen erreicht werden. Nach
§ 23 Abs. 1 FMV darf der Gehalt an unerwünschten Stoffen in Futtermitteln die festgesetzten
Höchstgehalte nicht überschreiten.
67

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Abb. 1: Cd-, Hg- und PAK-Gehalte in Grünlandböden der brandenburgischen Elbtalaue
(mg/kg, 1997/99)
12
10
8
6
Hintergrundwert
Hinterdeich
Vordeich
4
2
0
Cd
Hg
Wittenberge
Nord
PAK Cd Hg
Wittenberge
Süd
PAK
Abb. 2: PCDD/F - Gehalte ausgewählter Standorte (Tiefenstufe 0-10 cm)
1200
1000
ng I-TE/kg mT
800
600
400
Quitzöbel
Wootz
Gandow
200
0
ufernah
uferfern
ufernah
uferfern
ufernah
uferfern
Gemäß EG-Richtlinie 2002/32 über unerwünschte Stoffe in der Tierernährung ist eine Verdünnung
von Futtermitteln, die einen Höchstgehalt für unerwünschten Stoffe überschreiten, nicht
mehr zulässig. Ein signifikanter Schadstoffeintrag der im Rahmen des Minimalprogramms nach
dem Sommerhochwasser 2002 untersuchten Parameter (Pd, Cd, Cr, Cu, Ni, Zn, As und HCH)
war nicht nachweisbar.
68

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Tab. 3: Überschreitungen der Maßnahmenwerte Grünland nach Anhang 2 BBodSchV
(Angaben in % der Maßnahmenwerte) (LUA/ LfL 2000)
Ort As Cu Schaf Hg
Borschütz - - 115
Altbelgern - - -
Quitzöbel 100 184 965
Rühstädt - - 155
Wittenberge-Süd 118 - 700
Wittenberge-Nord 160 118 750
Gandow 190 148 835
Wootz 166 152 785
Tab. 4: Zuordnung von PCDD/F-Untersuchungsergebnissen aus Vordeichbereichen der
brandenburgischen Elbtalaue zu Belastungsklassen (LUA / LfL 2000)
Klasse (ng I-TE/kg)
Anzahl und prozentualer Anteil (n=46=100%)
< 5 1) 2 (4,3 %)
5 – 40 2) 18 (39,1 %)
> 40 3) – 100 7 (15,2 %)
> 100 – 200 5 (10,9 %)
> 200 – 500 9 (19,6 %)
> 500 – 1000 4 (8,7 %)
> 1000 1 (2,2 %)
4 Schlussfolgerungen und Handlungsbedarf
Aus o.g. Ergebnissen lassen sich für die untersuchten Standorte folgende Schlussfolgerungen
ableiten. Bei Überschreitungen der Maßnahmenwerte der BBodSchV ist i.d.R. von schädlichen
Bodenveränderungen auszugehen, die Maßnahmen zur Gefahrenabwehr erfordern. Auf landwirtschaftlich
genutzten Flächen kommen gemäß § 5 Abs. 5 BBodSchV vor allem Schutz- und
Beschränkungsmaßnahmen durch Anpassungen der Nutzung und Bewirtschaftung von Böden
sowie Veränderungen der Bodenbeschaffenheit in Betracht. Entsprechend den Empfehlungen
der Bund/Länder-AG ‚Dioxine' (1993) ist bei Überschreitung des Dioxin-Richtwerts II die
Einschränkung auf bestimmte landwirtschaftliche Bodennutzungen zu prüfen.
Folgende Maßnahmen kommen standort- und nutzungsbezogen in Betracht:
• Ausgrenzung von Senkenarealen (Schadstoffakkumulation) und Wasserlöchern als Viehtränke
• Auftrieb erst nach niederschlagsbedingter Abwaschung von Bodenpartikeln vom Aufwuchs
• Auftrieb nur bei ausreichend hohem Grasaufwuchs, kein zu dichter Viehbesatz
• kurze Beweidungszeiten bei nasser Witterung auf vernässten Flächen und Neuansaaten
• Wiesen- statt Weidenutzung (keine bodengebundene Nutztierhaltung zur Reduktion der
Bodenaufnahme)
• Verringerung der Verschmutzung durch geeignete Erntetechniken
• Vermarktung des Grünlandaufwuchses nur nach Nachweis der Unbedenklichkeit durch
Pflanzenuntersuchungen
69

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
• Einschränkung der Nutzung Cu-belasteter Flächen durch Schafe
• bei PCDD/F-Belastung nur Anbau von Pflanzen mit bekanntermaßen minimalem Dioxintransfer,
kein Anbau bodennah wachsender Feldfutterpflanzen
• Kontrolle und ggf. Korrektur des Boden-pH-Wertes.
Hinsichtlich einer landbaulichen Grünlandnutzung der untersuchten Flächen mit bodengebundener
Nutztierhaltung besteht dringender Handlungsbedarf, der wie folgt zusammengefasst
werden kann:
• unmittelbare Umsetzung (Eigeninitiative der betroffenen Landwirte, Nutzungsempfehlungen,
Vereinbarungen mit den Landwirten, Beratung, ) geeigneter Nutzungsmaßnahmen mit
empfehlendem Charakter
• Durchführung weiterer orientierender Bodenuntersuchungen zur flächenhaften Abgrenzung
belasteter Vordeichbereiche der brandenburgischen Elbtalaue, Ausgrenzung belasteter/
nicht belasteter Flächen
• bei hinreichendem Verdacht einer schädlichen Bodenveränderung Durchführung von Untersuchungen
des Wirkungspfades Boden - Pflanze/Tier (Aufwuchs, tierische Produkte /
Lebensmittel); ggf. notwendige Anordnungen zur Gefahrenabwehr im engen Zusammenwirken
der zuständigen Behörden in den betroffenen Landkreisen (Futtermittel- und
Lebensmittelüberwachung, Landwirtschaft, Bodenschutz).
• Umsetzung geeigneter Gefahrenabwehrmaßnahmen, auch Nutzungsanpassungen, Nutzungsbeschränkungen
oder -verbote
• Einrichtung von Monitoringflächen zur langfristigen Sicherstellung einer nachhaltigen
Bodennutzung im Überschwemmungsbereich der brandenburgischen Elbtalaue und zur
Stärkung des Verbraucherschutzes, insbesondere bei Änderungen des Überschwemmungsregimes,
Deichrückverlegungen
5 Quellenangaben
[1] Anders, L., Dinkelberg, W. (1998): "Auswirkungen des Sommerhochwassers der oder auf Stoffgehalte
überschwemmter Böden", Wasser & Boden, 50/10, Blackwell-Verlag, Berlin
[2] Bund/Länder-AG `Dioxine` (1993): "2. Bericht der Bund/Länder- AG `Dioxine`" in Umweltpolitik,
BMU
[3] Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) (1999): BGBl. I S. 1554
[4] Bundesministerium für Landwirtschaft (1989): Rundschreiben über festgelegte Höchstgehalte in Futtermitteln
für die Verbindungen PCB 138, 153 und 180
[5] Dinkelberg, W., Ritschel, J., Schultz-Sternberg, R. (2000): Problematik der Stoffbelastung von Überschwemmungsböden.
in: Brandenburgisches Symposium zur bodenschutzbezogenen Forschung.
Studien und Tagungsberichte, Band 24, S. 26-31. Hrsg.: Landesumweltamt Brandenburg
[6] Futtermittelverordnung (2000): BGBl. I S. 51
[7] Gesetz zum Schutz vor schädlichen Bodenveränderungen und zur Sanierung von Altlasten (BBodSchG)
(1998): BGBl. I S. 502
[8] Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL 1999): Untersuchungsergebnisse von Aufwuchsproben aus
Elbauen, unveröffentlichter Bericht
[9] Landesumweltamt Brandenburg und Landesanstalt für Landwirtschaft (LUA/LfL 1999): "Schadstoffbelastung
von Böden und Aufwuchs in Überschwemmungsgebieten des unteren Odertals", unveröffentlicht
70

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
[10] Landesumweltamt Brandenburg und Landesanstalt für Landwirtschaft (LUA/LfL 2000): "Schadstoffbelastung
von Böden, Aufwuchs und tierischen Produkten aus Vordeichbereichen der Elbe", unveröffentlicht
[11] Landesumweltamt Brandenburg (LUA 2002): "Ergebnisbericht des Landesumweltamtes zum Bodenuntersuchungsprogramm
- Hochwasser Elbe 2002", unveröffentlicht
[12] Monse, M., Albert, J., Scholz, B. (1998): "Regionalisierung von Bodenschutzdaten auf Auenstandorten",
FH Eberswalde im Auftrag des LUA
[13] Rat des Bezirkes Schwerin (1987): Beschluss des Rates des Bezirkes von Schwerin zur Festlegung von
Hochwasserschutzgebieten der Elbe und ihrer Rückstaugebiete in den Kreisen Perleberg, Ludwigslust
und Hagenow (Beschluss Nr. 194/87)
[14] Richtlinie 2002/32/EG (2002): Richtlinie über unerwünschte Stoffe in der Tierernährung, ABl. der EG
L 140/10
[15] Ritschel, J., Tessmann, J., Behrend, R. (2001): "Schadstoffbelastung von Böden und Aufwuchs aus
Vordeichbereichen der Elbe und Havel", Berichte aus der Arbeit, Landesumweltamt Brandenburg
[16] Ritschel, J.; Dinkelberg, W. (2003): Die Belastung von Elbauenböden - eine Hochwasserfolge. Beiträge
für Forstwirtschaft und Landschaftsökologie, Heft 3/2003. Deutscher Landwirtschaftsverlag GmbH,
Berlin. (im Druck)
Aktivitäten des BMU im Hochwasserbereich
Corinna Hornemann
Umweltbundesamt Berlin, Bismarckplatz 1, 14193 Berlin, Tel 030/8903-2019, Fax 030/8903-2965,
Corinna.Hornemann@uba.de
1 Augusthochwasser 2002
Vor einem Jahr ereignete sich infolge einer sogenannte V b-Wetterlage in Deutschland nach
aufeinanderfolgenden regionalen Starkregenereignissen von bis zu 312 L/m² ( innerhalb von 24
h in Zinnwald-Georgenfeld im Erzgebirge) ein extremes Hochwasser, bei dem 21 Menschen ihr
Leben verloren. Ferner wurden erhebliche materielle Schäden verursacht. Die unmittelbaren
Schäden betrugen in Deutschland 9,1 Milliarden Euro. Die statistischen Auswertungen ermittelten
für die Elbe bei Dresden eine 200jährige Eintrittswahrscheinlichkeit, weiter flußab eine
Eintrittswahrscheinlichkeit von unter einhundert Jahren. Für die Elbe-Zuflüsse aus dem Erzgebirge
wurde eine deutlich höhere Eintrittswahrscheinlichkeit von einmal in 1000 Jahren
bestimmt.
Zur Kompensierung der materiellen Schäden haben Bund und Ländern im August 2002 den
Fonds "Aufbauhilfe" eingerichtet, der mit einem Vermögen von 7,322 Mrd. Euro ausgestattet
wurde. 222 Mio. Euro stammten dabei aus dem EU-Solidaritätsfonds.
2 5-Punkte-Programm der Bundesregierung
Neben den Initiativen zur Beseitigung der materiellen Schäden wurde durch das 5-Punkte-
Programm der Bundesregierung "Arbeitsschritte zur Verbesserung des vorbeugenden Hochwasserschutzes"
im September 2002 ein politischer Prozess zur Fortentwicklung des vorbeugenden
Hochwasserschutzes eingeleitet. Die wesentlichen Punkte dieses Programms sind:
1. Ein gemeinsames Hochwasserschutzprogramm von Bund und Ländern dessen wesentliche
Inhalte die Forderungen mehr Raum für Flüsse, dezentraler Hochwasserrückhalt und eine
gesteuerte Siedlungsentwicklung - Minimierung von Schadenspotenzialen sind.
71

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Bedeutende Maßnahmen, um den Flüssen wieder mehr Raum zu geben, sind der Schutz und
die Wiederherstellung von Auen als natürliche Überschwemmungsgebiete. Die Notwendigkeit
dieser Maßnahmen wird insbesondere durch die Tatsache deutlich, dass an den eingedeichten
Elbeabschnitten heute nur 13,6 % der ehemaligen Auengebiete als
Überflutungsfläche zur Verfügung stehen. Weitere Maßnahmen sind die Rückverlegung von
Deichen und die Schaffung von steuerbaren Entlastungspoldern sowie die Anpassung der
landwirtschaftlichen Nutzung.
Die Forderung "Hochwasser dezentral zurückhalten" zielt auf das gesamte Einzugsgebiet,
insbesondere auch das der Quell- und Nebenflüsse. Auch an kleineren Flüssen ist der
Schutz und die Wiederherstellung von Auenwälder notwendig. Weitere Maßnahmen betreffen
den Wasserrückhalt in Siedlungsgebieten, z.B. durch dezentrale Versickerung von
Regenwasser, die Verbesserung der Versickerungsfähigkeit des Bodens durch Entsieglungen
und die Reduzierung der Flächeninanspruchnahme.
Zur Minderung von Schadenspotentialen ist die Steuerung der Siedlungsentwicklung notwendig.
Erforderlich hierfür ist die Festsetzung von Überschwemmungsgebieten und die
Verhinderung der Ausweisung von neuen Wohn- und Gewerbegebieten in diesen Bereichen.
Für bereits bebaute Flächen sind Konzepte zu entwickeln, wie das Schadenspotenzial durch
einen verbesserten Schutz, z.B. bei der Lagerung von Gefahrstoffen, minimiert werden
kann.
2. Flüsse kennen keine Grenzen: Maßnahmen des vorbeugenden Hochwasserschutzes sollen
einzugsgebietsbezogen über Staaten- und Ländergrenzen hinweg entwickelt und vorangebracht
werden. Die Erstellung von länderübergreifenden Aktionsplänen ist erforderlich.
3. Die Europäische Zusammenarbeit soll unterstützt werden. Sowohl die Entwicklung von
länderübergreifenden Aktionsplänen als auch die Verstärkung der europäischen Zusammenarbeit
tragen zur Solidarität zwischen den Ober- und Unterliegern bei.
4. Der Ausbau von Gewässern beinhaltet meist eine Begradigung und Vertiefung des Flusslaufs,
die ein beschleunigtes Abflussverhalten hervorrufen. Eine Beschleunigung der Hochwasserwelle
wirkt sich durch steilere und höhere Hochwasserscheitel ungünstig auf den
Verlauf von Hochwasserereignissen aus. Darüber hinaus besitzt die Hochwasserwelle durch
den erhöhten Energiegehalt ein höheres Zerstörungspotential. Auf Grund dessen sieht das
5-Punkte-Programm die Überprüfung des Flussausbaus und die umweltfreundliche Entwicklung
der Schifffahrt vor.
5. Der fünfte Punkt beinhaltet Sofortmaßnahmen zum Hochwasserschutz, wie bspw. die
Bereitstellung von Finanzmitteln, den beschleunigten Ausbau der Koordinierungsstelle für
großflächige Gefährdungslagen, hier insbesondere das Deutsche Notfallvorsorge-Informationssystem
(deNIS), die Unterstützung der bürgerlichen Selbsthilfe durch Herausgabe von
Informationsschriften etc.
3 Hochwasser-Artikelgesetz
Zur Umsetzung des 5-Punkte-Programms der Bundesregierung befindet sich momentan ein
"Gesetz zur Verbesserung des vorbeugenden Hochwasserschutzes" in Vorbereitung. Es handelt
sich dabei um ein Artikelgesetz, das die Änderung mehrerer bestehender Gesetze beabsichtigt.
Der Gesetzentwurf wurde von Bundesminister Jürgen Trittin am 07.08.2003 zur Diskussion
gestellt.
Der vorliegende Entwurf sieht insbesondere Änderungen im Wasserhaushaltsgesetz vor. Es ist
die bundeseinheitliche Festsetzung von Überschwemmungsgebieten geplant. Dabei ist mindestens
ein Bemessungshochwasser HQ 100 vorgesehen, d.h. es werden alle die Flächen einbezogen,
72

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
die bei einem 100-jährlichen Hochwasser überflutet werden. Für Überschwemmungsgebiete
sind weitergehende Regelungen, wie das Verbot der Ausweisung neuer Baugebiete oder Regelungen
zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen unter die bspw. auch Ölheizungen fallen,
vorgesehen. Des weiteren sind Regelungen zur Einschränkung des Ackerbaus in Überschwemmungsgebieten
beabsichtigt, um die diffusen Stoffeinträge in die Gewässer infolge eines Hochwasserereignisses
zu vermindern.
Als neue Kategorie sollen die überschwemmungsgefährdeten Gebiete eingeführt werden. Dabei
handelt es sich um Flächen, die bei Überschreitung des Bemessungshochwassers HQ 100 überflutet
werden oder beim Versagen von Hochwasserschutzeinrichtung, also bei z.B. Deichbrüchen,
von Überschwemmungen betroffen sind. Diese Gebiete sollen gekennzeichnet und mit
besonderen Vorsorgemaßnahmen gesichert werden.
Darüber hinaus wird die Aufstellung von Hochwasserschutzplänen gefordert. Hochwasserschutzpläne
sollen die Gefahren, die von einem 200-jährlichen Hochwasser ausgehen, minimieren.
Dabei sollen insbesondere Maßnahmen, wie der Erhalt oder die Rückgewinnung von
Retentionsflächen, die Rückverlegung von Deichen, die Wiederherstellung von Auen sowie der
Regenwasserrückhalt berücksichtigt werden. Damit die geplanten Maßnahmen dem Solidarprinzip
zwischen Ober- unter Unterliegern entsprechen, ist eine länder- und auch staatenübergreifende
Abstimmung innerhalb der Flussgebietseinheiten vorgesehen.
Mit dem Artikelgesetz für einen vorbeugenden Hochwasserschutz werden weiterhin Änderungen
des Baugesetzbuches und des Raumordnungsgesetzes vorgesehen. Hier ist vorgesehen,
Überschwemmungsgebiete und überschwemmungsgefährdete Gebiete in Flächennutzungsplänen
und Bebauungsplänen zu vermerken.
Im Bundeswasserstraßengesetz wird die Forderung verankert, dass Aus- und Neubaumaßnahmen
so durchgeführt werden sollen, dass negative Auswirkungen auf den Hochwasserschutz
vermieden werden.
Weitere Gesetze, die durch das geplante Artikelgesetz berührt werden, sind "Das Gesetz über
den Deutschen Wetterdienst" und "Das Gesetz über die Umweltverträglichkeitsprüfung".
4 Hochwasseraktionsplan für die Elbe
Bereits im Oktober 1997 wurde auf der 10. Tagung der Internationalen Kommission zum
Schutz der Elbe (IKSE) eine Unterarbeitsgruppe "Hochwasserschutz" eingesetzt. Diese erstellte
bis zum Oktober 1998 ein Strategiepapier zum Hochwasserschutz im Elbeeinzugsgebiet. In den
Jahren 1999 und 2000 folgte die Erarbeitung einer "Bestandsaufnahme des vorhandenen Hochwasserschutzniveaus
im Einzugsgebiet der Elbe". Auf der Grundlage dieser Dokumente sowie
den Erfahrungen des Augusthochwassers 2002 soll der IKSE voraussichtlich im Oktober 2003
der Entwurf für einen "Aktionsplan Hochwasserschutz Elbe" vorgelegt werden.
Die Hauptpunkte des Entwurfs des "Hochwasseraktionsplanes für die Elbe" sind:
• Die Erarbeitung von Grundsätzen zur Erhöhung der Retentionswirkung der Einzugsgebietsfläche
unter Berücksichtigung von landwirtschaftlichen, forstwirtschaftlichen, infrastrukturellen
und wasserwirtschaftlichen Maßnahmen sowie zur Abgrenzung, Festsetzung und
Nutzung von Überschwemmungsgebieten und überschwemmungsgefährdeten Bereichen.
• Bearbeitung von Studien zur Ermittlung von Hochwasserrisiken und Hochwasserschäden,
zur Reaktivierung ehemaliger Überschwemmungsflächen sowie zur Beurteilung der Wirkung
großer Talsperren auf den Hochwasserverlauf in der Elbe. Das Zeitziel für die Fertigstellung
dieser Studien wird voraussichtlich 2005 sein.
73

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
• Im Bereich des technischen Hochwasserschutzes ist einerseits die Beseitigung von
Schwachstellen an den Elbdeichen sowie den Nebenflüssen in Deutschland geplant. Anderseits
ist auf dem Gebiet der Tschechischen Republik die Durchführung weiterer technischer
Maßnahmen zum Schutz besonders gefährdeter Gebiete vorgesehen.
• Weiterhin ist der Aufbau eines gemeinsamen internationalen Hochwasservorhersagesystems
geplant. Mit diesem Punkt einher gehend sind notwendige Modernisierungen der technischen
Ausrüstungen von Hochwasserpegeln vorzunehmen.
• Handlungsempfehlungen sollen insbesondere für Anlagen mit wassergefährdenden Stoffen
in überschwemmungsgefährdeten Bereichen sowie zur Verbesserung der Hochwasserabwehr
und der Eigenvorsorge erarbeitet werden. Darüber hinaus ist die verbesserte Information
der Öffentlichkeit und die Stärkung des Hochwasserbewusstseins vorgesehen.
Schwebstoff- und Schwermetalldeposition im Bitterfelder Muldestausee
Frank W. Junge 1 , Karl Jendryschik 1 , Burkhard Scharf 2 , Peter Morgenstern 3 ,
Hanns-Christian Treutler 3 , Wolfgang Czegka 1 , Christiane Hanisch 1 , Lutz Zerling 1
1 Sächsische Akademie der Wissenschaften zu Leipzig, Arbeitsstelle Schadstoffdynamik in
Einzugsgebieten, Karl-Tauchnitz-Straße 1, 04107 Leipzig, Tel. 0341/7115318, Fax 0341/7115344
junge@saw-leipzig.de
Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH
2 Sektion Gewässerforschung, Brückstraße 3a, 39114 Magdeburg
3 Sektion Analytik, Permoserstraße 15, 04303 Leipzig
1 Einleitung
Seit 1975 wird die Mulde, einer der am stärksten schadstoffbelasteten Nebenflüsse der Elbe,
durch das Restloch des ehemaligen Braunkohlentagebaues Muldenstein geleitet. Langjährige
Untersuchungen zur Hydrodynamik, zum Sedimentationsgeschehen und zur Schwermetallbilanz
weisen den dadurch entstandenen Bitterfelder Muldestausee (Fläche: 6,1 km², Volumen:
118 Mio. m³; Einzugsgebiet: 6170 km²) als bedeutsame Sediment- und Schadstoffsenke für das
Gebiet der unteren Mulde und Elbe aus (ZERLING et al. 2001). Da die dem Muldestausee zugelieferten
Schwebstoff- und Schadstofffrachten in extremer Weise von der Wasserführung
abhängig sind, kommt der Untersuchung des Zusammenhanges zwischen Hochwasserereignis
und Depositionsrate eine zentrale Bedeutung zu. Die Fracht eines einziges Hochwasserereignisses,
kann diejenige einer mehrmonatigen Niedrigwasserperiode mehrfach übersteigen
(JENDRYSCHIK 2003),
Für die Einschätzung der Auswirkungen des August-2002-Hochwassers auf das Sedimentationsgeschehen
im Bitterfelder Muldestausee wurden a) Sedimentuntersuchungen, b) Schwebstoffmessungen,
c) Messungen zum Oberflächenrelief und d) Untersuchungen am
Wasserkörper durchgeführt. Dadurch waren insbesondere Aussagen zu den Veränderungen der
Schwebstoff- und Sedimentqualität und zur Wirksamkeit des Bitterfelder Muldestausees als
Sedimentfalle bei Extremhochwässern möglich.
2 Sedimentuntersuchungen
Sowohl im April 2002 als auch im September 2002 wurden insgesamt acht Sedimentkerne aus
dem Friedersdorfer Becken und aus dem Hauptbecken des Muldestausees entnommen. Kurzkerne
wurden mittels des Mondseecorers insbesondere für die ungestörte Erfassung der
74

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Sedimentkern Bitterfelder Muldestausee (MUL1HW)
18.9.2002, Friedersdorfer Becken (45 25 600 E, 57 24 660 N), Wassertiefe 20 m
Probenverteilung
Durchfluss Q >300 m³/s
Radioaktivität (Bq/kg)
P 2 O 5 (%)
Metallgehalte (mg/kg)
Dünnschliffning
Scree-
Detail
300 500 700 900
0 200 400
0 1 2 3
0
1 2 3 x10³
0 200 400
1
8/2002
1/2002
Deichbruch:
14.8.2002,
15.00 Uhr
U-238
Cs-137
Cd
Sn
2
3/2000
3
4
11/98 + 3/99
3/1998
As
Pb
Zn
Cu
5
7/1996
6
9/1995
7
4-6/1995
8
9
3+4/1994
12/1988
Politische
Wende
10
3-4/1988
11
12
1-4/1987
6/1986
Tschernobyl
26.04.1986
13
1/1986
0 40 80
0 250 500 750
0 100 200
P & C by El Zett
Abb. 1: Beschreibung eines Sedimentkernes aus dem Bitterfelder Muldestausee nach
dem August-2002-Hochwasser
Aufbau des 39 cm langen Kernes, zeitliche Einordnung und Verteilung ausgewählter
Radionuklide ( 238 U,
137 Cs), P 2 O 5 als Indikator der organischen Belastung und Gehalte
ausgewählter Elemente und Schwermetalle
(Die Elementgehalte wurden mittels RFA an der Gesamtfraktion bestimmt. In den rechten beiden
Kolumnen sind die oberen Skalen gültig für Zn bzw. Cu; die unteren Skalen für As, Pb bzw. Cd, Sn.)
jüngsten Seeablagerungen gewonnen. Zudem wurden mit den von einer Schwimmplattform
abgeteuften Kernbohrungen die im Muldestausee seit Flutungsbeginn 1975 in den beiden Teilbecken
abgesetzten Seesedimente durchteuft und in ihrer Mächtigkeit erfasst. Die Kerne
wurden im Labor für die geochemischen Untersuchungen (RFA, AAS) einerseits in größere
Teilbereiche umfassende Screeningproben und andererseits in hochaufgelöste, häufig einzelne
Lagen beinhaltende Detailproben zerlegt.
Die seit 1975 mit der Flutung im ehemaligen Tagebaurestloch abgesetzten rezenten Seesedimente
bestehen makroskopisch aus einer cm-Wechsellagerung (Lamination) von dunklen,
schwärzlich-grauen bis schwarzen, organikreichen Lagen (sommerliche, biogen gesteuerte
Seesedimentbildung) und von hellen, gelb bis gelblichgrauen Lagen mit höheren klastischen
Anteilen (Hochwasserlagen).
Konnektierungen mit Durchflußdaten der Mulde seit 1975 geben die Möglichkeit, die in den
Kernen auftretenden Ereignislagen konkreten Hochwässern der Mulde mit einem Durchfluss
größer 300 m³/s zu zuordnen. Darüber hinaus bilden markante Zeitmarken:
• das durch den Tschernobyl-Fallout (26.4.1986) hervorgerufene und in den Kernen nachgewiesene
eng begrenzte 137 Cs-Aktivitätsmaximum,
75

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
• der seit der politischen Wende (1989-90) einsetzende deutliche Rückgang in der organischen
Belastung (Phosphor) und
• der mit der Schließung der berg- und hüttenmännischen Industrie im Muldeeinzugsgebiet
ebenfalls einhergehende Trend abnehmender Element- und Isotopenkonzentrationen (u.a.
Zn, Cd, Pb, Cu, As 238 U; Abb. 1).
Im Vergleich zu den seit 1975 beobachteten Hochwasserereignissen erbrachte der Sedimenteintrag
der Mulde während des August 2002-Hochwassers an den Bohrpunkten, einen um das
5-fache höheren Sedimentauftrag an Feinstmaterial auf die Seebodenoberfläche. Dabei werden
Ereignisse im Hochwasserablauf im Aufbau des jüngsten Sedimentes widergespiegelt (z.B.
abrupte Korngrößenwechsel in Folge der Deichbrüche zur Goitsche). Mit dem Sedimentauftrag
ist eine deutliche, offenbar aus abgeschwemmten Haldenmaterial verursachte Erhöhung der
Gehalte an den Elementen Sn, As und Pb im Oberflächensediment nachweisbar. Hingegen
fügen sich die Gehalte der Elemente Zn, Cd, Cr, Ni und Cu des Hochwassersedimentes in den
seit den neunziger Jahren allgemein beobachteten Trend einer Verbesserung der Sedimentqualität
ein (Tab. 1).
Tabelle 1: Mittlere Elementgehalte im Sediment des Bitterfelder Muldestausees in
Abhängigkeit vom Depositionszeitraum
As
ppm
Pb
ppm
Sn
ppm
Zn
ppm
Cd
ppm
Cr
ppm
Ni
ppm
Cu
ppm
August-2002- 251 537 64 1225 21 111 76 160
Hochwasserlage
“Postwendezeit” 171 294 44 1676 34 120 89 170
“Vorwendezeit” 283 340 46 2153 94 216 118 321
“Untergrund” 16 38 7 110 4 83 32 27
Gesamtoberflächensediment
219 320 k.A. 2570 78 180 119 292
a)
1991
Anreicherungsfaktor in August2002-Hochwasserlage gegenüber Zeitabschnitten:
”Postwende” 1,5 1,8 1,4 0,7 0,6 0,9 0,9 0,9
”Vorwende” 0,9 1,6 1,4 0,6 0,2 0,5 0,6 0,5
Angegeben sind die Medianwerte der an der Gesamtfraktion mittels RFA ermittelten Elementgehalte.
Die Gehalte der Zeitabschnitte „Postwendezeit“ und „Vorwendezeit“ erfolgte auf der Basis der zeitlichen
Zuordnung der Sedimentkernabschnitte. Den „Untergrund“ bilden die das Seesediment unterlagernden
tertiären Schichten (ehemalige Tagebauoberfläche). a) nach BORN (1996); k.A. .= keine Angaben.
3 Schwebstoffmessungen
Im Hochwasserzeitraum vom 13.8.2002 bis 21.08.2002 wurden 27 zeitlich fixierte Schwebstoffproben
aus der Mulde an ihrem Eintritt in den Bitterfelder Muldestausee (Zufluss) bei
Pouch entnommen. Der Austritt der Mulde aus dem Bitterfelder Muldestausee bei Friedersdorf
(Ablauf) wurde während dieses Zeitraumes mit 13 Stichproben belegt.
Das August-Hochwasser wird am Zufluss zum Muldestausee durch ein ausgeprägtes, mindestens
71 Stunden anhaltendes und stark differenziertes Maximum in den Schwebstoffgehalten
der Mulde ausgewiesen, das spätestens am 13.8.2002 11.45 Uhr einsetzt und bis maximal zum
16.8.2002 12.45 Uhr anhält. Die Schwebstoffgehalte schwanken zwischen 263 und 831 mg/l,
76

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
wobei mit den Stichproben fünf Schwebstoffpeaks erfasst werden konnten, die durch Maximalgehalte
ausgewiesen (504 bis 831 mg/l) und durch Abschnitte deutlich geringerer Schwebstoffführung
(263 bis 487 mg/l) voneinander getrennt sind. Das Niveau hoher Schwebstoffführung
der Mulde am Zufluss wird deutlich vor dem Auftreten des höchsten Wasserstandes bzw.
Durchflusses und des damit einhergehenden Leitfähigkeitminimums (bis 210 S/cm) erreicht.
Der höchste Wasserstand am Pegel Bad Düben trat am 14.8.2002 um 10.00 Uhr auf, unter
Berücksichtigung einer ca. 4,5-stündigen Verschiebung auf Grund der Laufzeit der Hochwasserwelle
bis zum Muldestausee, war der höchste Durchfluss am Zufluss am 14.8.2002 zwischen
5 und 6 Uhr erreicht. Damit eilte der Beginn des Schwebstoffmaximums am Zufluss dem
Durchflussmaximum um ca. 18 Stunden voraus. Am 14.8.2002 um 19.35 Uhr erreicht das
Schwebstoffmaximum mit einer gemessenen Schwebstoffmenge von 262 mg/l den Ablauf,
wobei hier das Niveau hoher Schwebstoffführung (>192 mg/l) ca. 24 Stunden (14.8. 2002 bis
15.8.2002) aufrecht erhalten blieb.
Aus den Schwebstoffmessungen abgeleitete erste Abschätzungen zur Menge der während des
Hochwassers im Staubereich sedimentierten Schwebstoffe zeigen, dass ca. 70 % der Zuflussfracht
an Feinstschweb im Bitterfelder Muldestausee zur Ablagerung gelangte. Die berechnete
Gesamtzuflussfracht beträgt dabei ca. 85527 t, wobei ihre Berechnung allerdings in der Hochwasserspitze
mit geschätzten Durchflusswerten erfolgen musste und dadurch als Minimalfracht
anzusehen ist. Aber schon diese zeigt, dass das August-2002-Hochwasser, im Vergleich zu den
am Zufluss zum Muldestausee berechneten Schwebstofffrachten der Jahre 1991 bis 2001
(JENDRYSCHIK 2003), eine Sonderstellung einnimmt und nur in Hinblick auf seine Sedimentfracht
vom März-Hochwasser 2000 übertroffen wird.
4 Oberflächenrelief- und Wasserkörperuntersuchungen
Die Verweildauer der Suspensionsfracht der Mulde im Wasserkörper des Muldestausees und
damit die Menge der am Seegrund abgesetzten Feinstsedimente ist abhängig von den im Flussstausee
herrschenden Strömungsverhältnissen. Um den Einfluss von Extremhochwässern auf
die Wasserzirkulation zu bewerten, wurden während des Hochwasserereignisses (16.08.2002)
und nach Einstellung normaler Durchflußverhältnisse (18.09.2002), Tiefenprofile der Parameter
Temperatur, Leitfähigkeit, Sauerstoffsättigung und Trübung des Seewasserkörpers
aufgenommen.
Im Sommerhalbjahr ist der Wasserkörper des Muldestausees mit der Ausbildung eines Epi-,
Meta- und Hypolimnions stabil geschichtet. Die beobachtete Dreigliederung äußert sich in einer
signifikanten Abnahme von Temperatur, Sauerstoffsättigung, pH-Wert und Leitfähigkeit mit
der Tiefe. Mit den im Jahresverlauf sinkenden Temperaturen, die eine raschere Abkühlung der
Mulde im Vergleich zum großen Seewasserkörper mit seiner weit höheren Wärmekapazität
verursachen, führt die Mulde dem See kälteres Wasser zu und sinkt entsprechend der höheren
Dichte in größere Seetiefen ab. Sinken die Muldewassertemperaturen unter 10 °C, gelangt das
kalte Muldewasser bis auf den Grund des Sees. Dort breitet es sich über den Boden als Kaltwassersee
aus und verdrängt von unten das wärmere und leichtere Seewasser an die Oberfläche und
zum Ablauf. Zurück bleibt ein See mit einheitlicher Temperatur und hoher Sauerstoffsättigung.
Die saisonale, häufig im Oktober-November einsetzende winterliche Zirkulationsperiode hat
begonnen.
Mit den während des August-2002-Hochwassers erfolgten Seemessungen wird erstmals
gezeigt, daß auch bei Sommerhochwässern mit extremen Durchflüssen die Schichtung im
Seewasserkörper aufgehoben und der Zustand einer vollständigen Zirkulation erreicht werden
kann. Die Mulde zeigte am 16.08.2002 eine mittlere Temperatur von 18,6 °C, die allein nicht
ausreichen würde, um unter normalen Verhältnissen ein Aufbrechen der Seewasserschichtung
77

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
zu verursachen. Auf Grund des extremen Durchflusses und des damit einhergehenden kraftvollen
Einströmens der Mulde in den Stauseebereich gelangte das Muldewasser bis in die
Tiefenbereiche des Seegrundes und gab damit den Anstoß für die beginnende Durchmischung.
Ausdruck dessen sind die durch die tief einströmende Mulde, im gesamten Seekörper (Hauptund
Friedersdorfer Becken) beobachteten geringen vertikalen Gradienten in der Temperatur
zwischen Oberflächen- und Tiefenwasser und die mit der Tiefe deutlich zunehmenden Gehalte
an Sauerstoff und Schwebstoff (steigende Trübung). Unterstützt werden diese Beobachtungen
durch vergleichende Echolotungen, die erste Hinweise auf hochwasserbedingte Nivellierungsprozesse
des im Hauptbecken des Muldestausees von Kipprippen und Schüttkegel bestimmten
Seebodenreliefs erkennen lassen. Wie die Ergebnisse der Messungen am 18.9.2002 zeigen,
stellte die schon im August 2002 durch das Hochwasser initiierte vollständige Durchmischung
den Beginn der saisonal bedingten winterlichen Zirkulationsperiode dar. In beiden Teilbecken
des Muldestausees stellte sich 2002 nach dem August-Hochwasser keine stabile Temperaturschichtung
mehr ein.
5 Schlußfolgerungen
Die vorliegenden Ergebnisse bestätigen den Bitterfelder Muldestausee als bedeutsame Sedimentfalle
bei Extremhochwässern für das untere Mulde- und Elbegebiet. Sie dokumentieren ihn
als Referenzobjekt zur Einschätzung des Potentials von Tagebaurestlöchern bei ihrer Einbeziehung
in Konzepte zum vorbeugenden regionalen Hochwasserschutz.
6 Literatur
BORN J. (1996): Sedimentgeochemie des Muldestausees bei Bitterfeld.- Heidelberger Beitr. Umwelt-
Geochemie 9: 226 S.
JENDRYSCHIK K. (2003): Schwebstofffrachten der Mulde am Zufluss zum Bitterfelder Muldestausee in
den Jahren von 1991 bis 2001 und die Sedimentation im See.- Jb. Sächs. Akad. d. Wiss. zu Leipzig,
2001-2002: 240-249
ZERLING L., MÜLLER AN., JENDRYSCHIK K., HANISCH CHR., ARNOLD A. (2001): Der Bitterfelder
Muldestausee als Schadstoffsenke. Entwicklung der Schwermetallbelastung von 1992 bis 1997.- Abh.
d. Sächs. Akad. d. Wiss. zu Leipzig, Math.-nat. Kl. 59, H. 4: 69 S.
Vergleich der Wassergüte vor, während und nach dem Sommerhochwasser
in der sachsen-anhaltinischen Elbe
Petra Kasimir, Bettina Friede
Landesamt für Umweltschutz Sachsen-Anhalt, Reideburger Str. 47, 06116 Halle, z.Z. abgeordnet in den
Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft, Tel. 0345/5704-353, Fax 0345/5704-305,
kasimir@lau.mu.lsa-net.de
1 Untersuchungen während des Sommerhochwassers 2002
Im Land Sachsen-Anhalt wurden mit Erlass des Ministeriums für Landwirtschaft und Umwelt
vom 15.08.02 die staatlichen Umweltlabore beauftragt, Sonderuntersuchungen zur Dokumentation
der Beschaffenheit der Elbe und der Mulde während des Hochwassers durchzuführen.
Das Sondermessprogramm (SMP) Wasser beinhaltete die Untersuchung von Einzelproben
an den Messstellen Elbe/Wittenberg, Elbe/Magdeburg und Mulde/Dessau. Es umfasste den
Zeitraum vom 15.08.02 bis 20.09.02. Im Rahmen des SMP schwebstoffbürtige Sedimente
erfolgten Untersuchungen der an den Messstationen Elbe/Magdeburg und Mulde/Dessau
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Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
gewonnenen schwebstoffbürtigen Sedimente. Durch den Ausfall der Messstationen aufgrund
des Hochwassers konnte mit der Probenahme der schwebstoffbürtigen Sedimente erst am
23.08.02 (Messstation Dessau) bzw. 30.08.02 (Messstation Magdeburg) begonnen werden. Die
Untersuchungen der schwebstoffbürtigen Sedimente im Rahmen des SMP wurden am 30.09.02
beendet.
Es wurde ein umfangreiches Parameterspektrum untersucht. Neben den allgemeinen physikalisch-chemischen
Parametern wurden Schwermetalle sowie elberelevante Schadstoffe und
biologische Kenngrößen bestimmt.
2 Ergebnisse des SMP Wasser
Mit dem Extremhochwasser im August 2002 wurden im Einzugsgebiet der Elbe Schadstoffe
aus Altlasten freigesetzt, belastete fluviatile Sedimente remobilisiert sowie belastete Industrieflächen,
Deponien und Bergbauhalden überflutet. Ausgelaufenes Öl aus häuslichen Tanks
wurde in die Gewässer eingetragen. Zusätzlich gelangten durch den Ausfall von Kläranlagen
unbehandelte kommunale und industrielle Abwässer in die Gewässer. Neben den genannten
Faktoren hatten in Sachsen-Anhalt außerdem großflächige Überflutungen infolge von Deichbrüchen
(insbesondere bei Pratau und Seegrehna sowie bei Heyrothsberge an der Elbeumflut)
sowie Steuerungsmaßnahmen (Öffnung des Pretziener Wehres am 15.08.2002, Flutung des
Havelschlauches und der Havelpolder nach Öffnen des Wehres Neuwerben am 20.08.2002)
einen bedeutenden Einfluss auf die Wassergüte der Elbe.
Eine wassergütewirtschaftlich bedeutsame Abweichung von den Normalverhältnissen wurde
im Rahmen des SMP für die abfiltrierbaren Stoffe, den Sauerstoff, den TOC, die Schwermetalle,
verschiedene organische Verbindungen und die bakteriologischen Kenngrößen festgestellt.
Im Einzelnen wurden folgende Ergebnisse ermittelt:
Wie bei jedem Hochwasser war für die abfiltrierbaren Stoffe ein erheblicher Anstieg zu
verzeichnen. Dabei trat in der Elbe an den Messstellen Wittenberg (WB) und Magdeburg (MD)
ein unterschiedlicher Verlauf auf. In Wittenberg war erwartungsgemäß mit dem Ansteigen des
Hochwassers eine Zunahme der abfiltrierbaren Stoffe mit einem Maximum von 160 mg/l am
18.08.02 kurz vor Erreichen des Hochwasserscheitels zu beobachten. In Magdeburg traten
durch den Einfluss der Mulde, deren Hochwasserscheitel die Elbe schon am 15.08.02 erreichte,
die höchsten Werte mit maximal 54,5 mg/l bereits zu Beginn des SMP auf. Auffällig waren die
in Magdeburg im Vergleich zu Wittenberg deutlich niedrigeren Gehalte an abfiltrierbaren
Stoffen. Diese standen offensichtlich im Zusammenhang mit Deichbrüchen und Steuerungsmaßnahmen
an der Elbe auf der Fließstrecke von Wittenberg bis Magdeburg, die zu einer Ablagerung
von Feststoffen auf den überfluteten Flächen führten. In der Mulde war zu Beginn des
SMP am 16.08.02 der Hochwasserscheitel bereits vorüber. Aus diesem Grund ist davon auszugehen,
dass mit dem durchgeführten Untersuchungsprogramm die Maximalbelastung nicht
erfasst wurde. Für die abfiltrierbaren Stoffe wurden in der Mulde am 16.08.02 trotz des langsam
abnehmenden Wasserstandes noch 140 mg/l gemessen. Danach gingen die Gehalte bis zum
23.08.02 wieder auf Normalwerte von weniger als 10 mg/l zurück.
Für den Sauerstoffgehalt war in der Mittleren Elbe im Land Sachsen-Anhalt zeitweise eine
angespannte Situation zu verzeichnen. Die minimalen Sauerstoffgehalte lagen bei 4,5 mg/l am
21.08.02 in Magdeburg und bei 5,3 mg/l am 23.08.02 in Wittenberg und damit deutlich unter
dem Minimalwert des Jahres 2001 von 8,2 mg/l. Dies war bedingt durch den Ausfall von Kläranlagen,
den Eintrag organischer Schadstoffe von überfluteten Flächen, Zersetzungs- und
Abbauprozesse in den überfluteten Bereichen, Nitrifikationsprozesse und einen starken Rückgang
der Algenkonzentration (Chlorophyll-a) und damit des biogenen Sauerstoffeintrages.
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’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
abfiltrierbare Stoffe [mg/l]
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Abf. Stoffe der Elbe
abf. Stoffe Mittel WB 2001
abf. Stoffe WB
abf. Stoffe M D
Wasserstand WB
Wasserstand M D
800
700
600
500
400
300
200
100
0
W [cm]
O2 [mg/l]
10
8
6
4
2
0
Sauerstoffgehalt der Elbe
O 2
-Min 2001
O 2
Zielvorgabe
WB
MD
Die LAWA-Zielvorgabe von 6 mg/l wurde in Wittenberg vom 21.-23.08.02 und in Magdeburg
vom 16.-24.08.02 unterschritten. Dabei lag der Sauerstoffgehalt in Magdeburg ca. 1 mg/l unter
dem in Wittenberg. In der fließenden Welle wurden aber keine für aquatische Lebensgemeinschaften
kritischen Sauerstoffgehalte von weniger als ca. 4 mg/l gemessen. In einigen rückgestauten
oder überfluteten Bereichen, z.B. NSG Crassensee, Klödener Riß und Neugraben traten
jedoch Fischsterben infolge von Sauerstoffmangel auf. Die Normalwerte für den Sauerstoffgehalt
wurden in der Elbe erst wieder ab Mitte September erreicht. Der Sauerstoffgehalt der Mulde
war im gesamten Untersuchungszeitraum stabil. Der gemessene Minimalgehalt lag bei 6,8 mg/
l. Im Zeitraum vom 16.-21.08.02 wurde der Minimalgehalt des Jahres 2001 unterschritten.
Die Messergebnisse der organischen Belastung waren im Vergleich zu den Mittelwerten der
letzten Jahre sowie zu den in den letzten Jahren bei Hochwässern gemessenen Werten erhöht.
Dazu trugen insbesondere der Ausfall von Kläranlagen sowie die Abschwemmungen von
Böden bei. In der Elbe lag die TOC-Konzentration in Wittenberg maximal beim 2,3-fachen und
in Magdeburg beim 2,7-fachen der Durchschnittswerte des Jahres 2001. Selbst zum Abschluss
der Untersuchungen lag der TOC in Magdeburg noch etwa beim Doppelten des Mittelwertes
2001. Auffällig war der zwischen den Messstellen Wittenberg und Magdeburg zu verzeichnende
Anstieg des TOC um durchschnittlich ca. 3 mg/l. Als Ursache kommen ebenfalls
Einträge infolge von Abbauprozessen auf den überfluteten Flächen in Frage. Auch in der Mulde
wurde für den TOC zu Beginn der Untersuchungen ein ähnliches Belastungsniveau wie in der
Elbe ermittelt. Hier kam es jedoch zu einem schnelleren Rückgang der TOC-Gehalte. Ab
11.09.02 wurden hier wieder Werte im Normalbereich registriert.
Gleichzeitig mit dem Anstieg der organischen Belastung war in der Elbe ein Anstieg des
Ammoniumgehaltes zu beobachten. In Wittenberg wurden maximal 0,63 mg NH 4 -N/l und in
Magdeburg zeitverzögert 0,42 mg NH 4 -N/l erreicht. Die Jahresdurchschnittswerte 2001 von
0,15 bzw. 0,17 mg NH 4 -N/l wurden um ein Mehrfaches überschritten. Durch Nitrifikationsvorgänge
kam es zwischen Wittenberg und Magdeburg zu einem Rückgang des Ammoniumgehaltes
bei einem gleichzeitigen erheblichen Anstieg der Nitritkonzentration. Es wurden
maximale NO 2 -N-Gehalte von 0,19 mg/l (Wittenberg) und 0,24 mg/l (Magdeburg) ermittelt.
Demgegenüber lagen die Maximalwerte des Jahres 2001 bei 0,07 mg/l (Wittenberg) bzw. 0,05
mg/l (Magdeburg). In der Mulde wurden für Ammonium lediglich am 16./17.08.02 erhöhte
Werte gemessen.
Für den gesamten anorganischen Stickstoff (TIN), den Gesamtstickstoff (TN) und die Phosphorverbindungen
wurden überwiegend Konzentrationen im Bereich der Normalwerte ermittelt.
Es traten nur einzelne kurzzeitige Spitzenwerte auf.
Für die Leitfähigkeit, die Salze und den pH-Wert wurden aufgrund der großen Verdünnung
Gehalte unterhalb der Durchschnittswerte des Jahres 2001 festgestellt. Zum Abschluss des SMP
wurden in der Elbe zum überwiegenden Teil die Normalwerte erreicht. In der Mulde war der
80

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Verdünnungseffekt sehr deutlich beim Chlorid und Natrium festzustellen. Hier bestand am
Ende des SMP noch eine große Differenz zu den üblichen Durchschnittswerten.
In der Elbe wurden die höchsten Schwermetallbelastungen erwartungsgemäß mit dem
Ansteigen der Hochwasserwelle beobachtet. Während in Wittenberg Maximalkonzentrationen
überwiegend am 17.08.02 kurz vor Erreichen des Hochwasserscheitels auftraten, waren in
Magdeburg durch den Einfluss der mit Schwermetallen stärker belasteten Mulde, deren Hochwasserscheitel
schon am 15.08.02 die Elbe erreichte, bereits am 16.08.02 für einige Parameter
Spitzenwerte zu verzeichnen. In Wittenberg war nach dem Passieren des Hochwasserscheitels
für den überwiegenden Teil der Parameter ein relativ rasches Absinken der Gehalte bis in den
Normalbereich zu registrieren. Demgegenüber stellte sich in Magdeburg die Belastungsentwicklung
insbesondere infolge des Einflusses der Mulde wesentlich differenzierter dar.
Die in den letzten Jahren bei erhöhter Wasserführung in der Elbe ermittelten Schwermetallkonzentrationen
wurden beim Sommerhochwasser 2002 mit Ausnahme von Quecksilber in Magdeburg
überschritten. Die maximalen Gehalte für Arsen, Chrom, Nickel und Blei in Wittenberg
und für Arsen, Cadmium und Blei in Magdeburg waren mehr als doppelt so hoch wie die
Vergleichswerte. Die höchsten Schwermetallbelastungen in der Mulde wurden zu Beginn des
SMP beobachtet, wobei der HW-Scheitel zu diesem Zeitpunkt bereits vorüber war und die
höchste Belastung somit nicht erfasst wurde. Die maximalen Gehalte des Jahres 2001 sowie die
in den letzten Jahren bei erhöhter Wasserführung gemessenen Werte wurden für alle Kenngrößen
überschritten. Extrem hohe Werte bis maximal 104 µg/l wurden für Blei ermittelt. Auch
die gemessenen maximalen Arsen-, Kupfer- und Quecksilbergehalte waren gegenüber den
Vergleichswerten sehr hoch. Für Nickel, Zink, Chrom und Cadmium betrugen die Maximalwerte
weniger als das Doppelte der Vergleichswerte bei erhöhter Wasserführung. Das für
Cadmium geltende Qualitätsziel wurde zu Beginn des SMP überschritten. Als Hauptursache für
die Schwermetallbelastung der Mulde werden die Bergbaufolgen (Halden des Bergbaus und der
Industrie, Gruben- und Sickerwässer, Deponien) im sächsischen Einzugsgebiet der Mulde
gesehen.
As [µg/l]
18,0
16,0
14,0
12,0
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
As-Gehalt der Elbe
As M AX M D 2001
As WB
As MD
Wasserstand WB
Wasserstand M D
800
700
600
500
400
300
200
100
0
W [cm]
HCH [µg/l]
0,04
0,03
0,02
0,01
0
g-HCH-Gehalte der Elbe und Mulde
g-HCH Elbe MD
g-HCH Mulde DE
g-HCH DE MAX 2001
Für den überwiegenden Teil der weiteren untersuchten Kenngrößen waren keine wassergütewirtschaftlich
relevanten Abweichungen vom Normalzustand festzustellen. Dazu gehörten
AOX, BTEX, PCB und ein großer Teil der LHKW und Pestizide. Für Dioxine und Furane
hat das Hochwasser im August 2002 zu keiner nachweisbaren höheren Belastung geführt.
Auffällig waren lediglich die Pestizide g-HCH (Lindan) und Atrazin in der Elbe, α-HCH,
β-HCH, Simazin und Parathion-Methyl in der Mulde sowie die PAK in Elbe und Mulde. In
der Elbe in Magdeburg wurden im Zeitraum vom 16.-20.08.02 erhöhte Gehalte für γ-HCH
(Lindan) mit einem Maximalwert von 0,036 µg/l ermittelt. Im gleichen Zeitraum lagen die
γ-HCH-Konzentrationen in der Mulde zwischen

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
kungsbereich des Jahres 2001. Erhöht waren in der Mulde hingegen die α- und β-HCH-Gehalte,
die wahrscheinlich auf Abschlämmungen von Altlasten in Sachsen zurückzuführen sind. Als
weitere Quelle für HCH kommen Altlasten im Bitterfelder Raum in Frage. In der Elbe wurden
in Wittenberg für Atrazin bei zwei Einzelwerten (0,150 µg/l und 0,11 µg/l) am 17.08.02 und am
19.08.02 Überschreitungen des Qualitätsziels von 0,1 µg/l festgestellt. In der Mulde gab es eine
Qualitätszielüberschreitung lediglich für Parathion-Methyl bei einem Einzelwert von 0,027 µg/
l, deren Ursache in Altlasten im Bitterfelder Raum gesehen wird. Für Simazin wurde während
des Hochwassers ein Maximalwert von 0,1 µg/l gefunden. Dieser Wert entspricht dem Qualitätsziel.
Für Simazin häuften sich die Positivbefunde im Zeitraum vom 22.08.02 bis 26.08.02.
Bei den PAK traten Qualitätszielüberschreitungen von Einzelwerten sowohl in der Elbe als
auch in der Mulde auf.
Für den Kohlenwasserstoffindex wurden in Magdeburg erhöhte Werte bis maximal 0,62 mg/l
am 20./21.08.02 gemessen, die vermutlich auf ausgelaufenes Heizöl zurückzuführen waren.
Infolge des Hochwassers gingen die Chlorophyll-a-Werte in der Mulde und in der Elbe sehr
stark zurück (< 10 mg/m³). Mit Rückgang der Schwebstofffracht und mit sinkenden Wasserständen
kam es wieder zu einem leichten Anstieg der Werte. Im September entsprachen die an
den beiden Elbemessstellen ermittelten Chlorophyll-a-Werte wieder dem für diese Jahreszeit
üblichen Phytoplanktonaufkommen. In der Mulde wurden bereits ab 23.08.2002 wieder für
diesen Muldeabschnitt typische Werte erreicht.
Zu Beginn des SMP wurden in der Elbe und in der Mulde sehr hohe Werte für die untersuchten
mikrobiologischen Kenngrößen Koloniezahl, coliforme und fäkalcoliforme Keime ermittelt.
Dabei wurden die Maximalwerte des Vorjahres zum überwiegenden Teil deutlich überschritten.
Mit Rückgang der Wasserstände gingen auch die Keimzahlen zurück. Ab Ende August
bewegten sich die ermittelten Werte für die mikrobiologischen Kenngrößen, abgesehen von
vereinzelten Schwankungen an der Messstelle Wittenberg, wieder im Bereich der Vorjahreswerte.
Die Untersuchungen des Makrozoobenthos im Frühsommer 2002 ergaben für die Elbe durchgängig
die Güteklasse II (mäßig belastet). Auch an der Messstelle Mulde/Dessau konnte im Juni
2002 wiederum die Güteklasse II bestätigt werden. Die ersten Untersuchungsergebnisse des
Makrozoobenthos nach dem Hochwasserereignis zeigten keine wesentlichen Veränderungen
im Vergleich zum Frühsommer 2002.
3 Ergebnisse des SMP schwebstoffbürtige Sedimente
Die Ergebnisse des SMP schwebstoffbürtige Sedimente sind wegen des Ausfalls der Messstationen
Elbe/Magdeburg und Mulde/Dessau während des HW-Scheitels nur begrenzt aussagefähig.
Mit Ausnahme von Arsen lagen die ermittelten Schwermetallkonzentrationen in der Elbe im
normalen Schwankungsbereich des Jahres 2001. Für Arsen wurde die Maximalkonzentration
2001 bei allen Werten überschritten. Mit einem Höchstwert von 62 mg/kg wurde ca. das
Doppelte der Maximalkonzentration 2001 erreicht. In der Mulde wurden die Maximalwerte des
Jahres 2001 für Blei, Chrom, Kupfer, Quecksilber und Arsen überschritten. Dabei traten die
größten Überschreitungen für Quecksilber, Chrom und Blei auf. Für Zink, Nickel und Cadmium
lagen alle Werte unter den Durchschnittskonzentrationen des Vorjahres. Die höchsten Gehalte
wurden überwiegend zu Beginn der Untersuchungen (Probe vom 23.08-26.08.02) festgestellt.
Als Quelle für die hohe Schwermetallbelastung der Mulde werden in erster Linie bergbaubedingte
Altlasten im oberen Einzugsgebiet der Mulde angesehen.
Für AOX lagen die Konzentrationen im Bereich der Schwankungsbreite des Jahres 2001.
82

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Für den überwiegenden Teil der untersuchten Pestizide wurden unauffällige Konzentrationen
unterhalb der Bestimmungsgrenze oder unterhalb der Mittelwerte des Jahres 2001 festgestellt.
In der Elbe wurden die Maximalwerte 2001 bei den untersuchten Pestiziden nicht erreicht. In
der Mulde war lediglich beta-HCH auffällig. Hier wurde für beta-HCH in der Probe vom 23.-
26.08.02 ein Spitzenwert von 2,8 mg/kg ermittelt, der beim 2,9-fachen des Maximalwertes 2001
lag. In den folgenden Wochenmischproben fielen die Konzentrationen wieder auf ca. 0,5 mg/
kg zurück und entsprachen damit etwa den durchschnittlichen Werten des Jahres 2001. Für
alpha-HCH war in der Probe vom 23.-26.08.02 eine geringfügige Überschreitung des Maximalwertes
2001 festzustellen.
Die für die polychlorierten Biphenyle (PCB) ermittelten Konzentrationen lagen in der Elbe
fast durchgängig unterhalb der Mittelwerte 2001. In der Mulde wurden für PCB-52 und PCB-
180 Einzelwerte ermittelt, die das Jahresmaximum 2001 überschritten.
Die PAK-Werte waren ebenfalls zum überwiegenden Teil unauffällig. Mit Ausnahme von
Naphthalin und Fluoren wurden in der Elbe Gehalte unterhalb der Mittelwerte 2001 gemessen.
Für Naphthalin und Fluoren wurden die Maximalwerte 2001 eingehalten. In der Mulde wurde
der Maximalwert 2001 nur für Naphthalin überschritten.
Bei den zinnorganischen Verbindungen wurden in der Elbe für Tributylzinn Gehalte
zwischen

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Tab. 1: Belastung von Sedimenten mit Schwermetallen und As im Muldensystem
I geo -Klasse
(nach Müller 1979)
4
stark belastet
5
stark bis
übermäßig
belastet
6
übermäßig belastet
7
extrem belastet
Freiberger Mulde Cu As, Pb, Zn, Cd
Zwickauer Mulde Pb, Cu As, Zn U Cd
Vereinigte Mulde U Pb As, Hg, Zn Cd
Entsprechend hoch waren auch die Konzentrationen dieser Elemente im Schweb, dessen Gehalt
in Abhängigkeit von der konkreten Situation zwischen 1 -10 mg/L und 10 - 50 mg/L variierte.
Im Wasser überschritten die Elemente Mn (ständig) und Arsen (vereinzelt in Problembereichen)
die Grenzwerte der Trinkwasserverordnung.
Besondere Problemabschnitte wurden in der
• Freiberger Mulde
im Bereich der Bergbau- und Verhüttungsregion Freiberg für As, Cd, Pb, Zn, Cu,
• Zwickauer Mulde
im Bereich des Uranerzbergbaus und der Uranerzaufbereitung (Aue, Niederschlema, Hartenstein)
und der Uranerzaufbereitungsanlage Crossen für die Elemente As und U sowie
• Vereinigten Mulde
im Bereich der Chemieregion um Bitterfeld für Hg und Zinnorganyle
ermittelt.
Räumliche Beziehung, Korrespondenz lagerstättentypischer Elementassoziationen und multivariate
Statistik ermöglichen den Nachweis von vier vorherrschenden Einflußfaktoren:
Faktor 1: anthropogen mineralisierte Abwässer aus dem kommunalen und industriellen Bereich
(Cl, SO4, HCO3, K, Na, Ca, Mg, pH im Wasser)
Faktor 2: Buntmetallbergbau und -verhüttung
(Pb, Zn, Cd, As, Cu im Sediment; Pb, Zn, Cd, As im Wasser)
Faktor 3: Urangewinnung, Nickelverhüttung, weitere gewerbliche Einleiter
(U, Ni, Cr, Co, Cu im Sediment; Ni, As im Wasser)
Faktor 4: Fe-, Mn-, Co-Auswaschung aus versauerten Waldgebieten
(Mn, Co, Fe, As im Sediment, Mn im Wasser)
Der Haupteintrag des Bergbaus erfolgte und erfolgt punktuell und diffus noch langzeitig über
Abschlags- und Flutungswässer der Gruben, Wässer aus stillgelegten Stolln, aus Tailinghalden
und Schlammteichen sowie aus Bergehalden und kontaminierten Flächen.
Im Zeitraum vom 12. zum 13. August 2002 kam es im Erzgebirge zu einer extremen Niederschlagssituation,
wobei Extremniederschlagsmengen von ca. 200 mm und mehr auftraten. Die
Wasserstände und Durchflüsse an allen Fließgewässern des Muldesystems stiegen extrem
schnell an. In der Freiberger und Zwickauer Mulde wurden die Scheitelwasserstände am 13.
84

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Tab. 2: Arsen- und Schwermetallgehalte in Hochflutsedimenten (

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Die Hochflutsedimente wurden möglichst in der Nähe der regulären Probenahmepositionen des
bereits erwähnten Muldeprojektes entnommen, um einen Bezug zur damaligen Belastungssituation
zu erhalten. Generell zeigt sich, daß in der Freiberger Mulde im Abschnitt Muldenhütten-
Halsbrücke für die Elemente As, Zn, Pb, Cd, Sb, Tl, Sn ein extremer Eintrag erfolgte, der
wegen der z.T. deutlich über den in älteren Flußsedimenten ermittelten Konzentrationen, nicht
allein mit der Verlagerung belasteter Sedimente erklärt werden kann. Analysen von Sedimenten
nach der Flut in diesem Abschnitt weisen z.B. für As und Pb höhere Gehalte als vor der Flut
nach. Insbesondere an der Industriehalde Muldenhütten kam es zu einem erheblichen Materialabtrag.
Mit zunehmender Entfernung von diesem Abschnitt verringern sich die Gehalte in den
Hochflutsedimenten, um nach ca. 30 km ab Großschirma/Nossen unter die Gehalte in den
entsprechenden Sedimenten zu sinken. Dagegen erreichen die Gehalte an Belastungselementen
in den Hochflutsedimenten der Zwickauer Mulde in der Regel höchstens die der Flußsedimente.
Hier ist es offensichtlich nur zur Verlagerung von Sediment und Zumischung von weniger
belastetem Material gekommen.
Aktuelle Analysen von Schweb in den Zu- und Abflußbereichen der drei Problemabschnitte
belegen, wie am Beispiel des Arsens gezeigt (Tab. 3) wird, daß im Bereich Freiberg die
Elemente Ag, As, Cd, Cr, Pb, Sb, Sn, Tl, U, Zn eine Konzentrationserhöhung bei Passieren
dieses Abschnittes erfahren. In den beiden Abschnitten der Zwickauer Mulde ergeben sich bei
erhöhten Konzentrationen auch zwischen verschiedenen Probenahmezeiten variierende
Tendenzen, wobei im Abschnitt Aue/Hartenstein vorwiegend eine Konzentrationserhöhung
eintritt und im Abschnitt Zwickau-Pölbitz/Glauchau die hohen Konzentrationen erhalten
bleiben. Ein analoges Bild zeichnet sich für die Sedimente ab.
Durch die Hochflutereignisse an der Freiberger und Zwickauer Mulde wurde nachfolgend,
flussabwärts auch eine Verlagerung von Schwermetallen im Flusssystem der Vereinigten
Mulde bewirkt, wobei eine langfristige, nachhaltige Veränderung der Schwermetallbelastung
durch diese Überflutung nicht ausgeschlossen werden kann. Mit der derzeitigen Zustandsanalyse
zur Ermittlung der Schwermetall- und Arsengehalte an der Vereinigten Mulde sollen
sowohl mögliche Veränderung im Flusssystem selbst als auch Auswirkungen auf Böden im
Überschwemmungsgebiet erfasst werden. Ein zeitlicher Vergleich der Arsen- und Schwermetallgehalte
im Wasser für die Jahre 1992 und 2003 (jeweils Mai) ist in Tabelle 4 dargestellt. Die
Quantifizierung der Spurenelementgehalte in den vor Ort filtrierten Wasserproben erfolgte mit
Hilfe der ICP-MS unter Standardbedingungen (Broekaert, 2001). Eine detaillierte Abschätzung
zur Spurenelementsituation für das Gebiet der Vereinigten Mulde wird nach Vorliegen über die
z.Z. stattfindenden analytischen Bestimmungen von Schwebstoff, Flusssediment und Hochflutsediment
durchgeführt. Die Richtigkeit der gewonnenen Ergebnisse wird durch verschiedene
Maßnahmen eines analytischen Qualitätsmanagement (z.B. Ringversuche) gewährleistet.
Tab. 3: Änderung des Arsengehalts in Sediment (0,45µm) und Wasser in
Belastungsabschnitten von Freiberger und Zwickauer Mulde in den Jahren 1992 und 2003
(Angaben in mg/kg bzw. µg/L)
Gewässer / Abschnitt / Fluß km Sediment Schweb Wasser
Freiberger Mulde 05/1992 01/2003 05/1992 01/2003 05/1992 01/2003
Berthelsdorf / 34,3 83 113 112 268 1,5

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Tab. 4: Vergleich der Schwermetall- und Arsengehalte im Wasser in der Vereinigten Mulde
für die Jahre 1992 und 2003
Gewässer:
Elementgehalte im Wasser, µg/l
Vereinigte Mulde As Pb Cd U Zn
Probenbezeichnung
Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai
Ortschaft 1992/ 2003/ 1992/ 2003/ 1992/ 2003/ 1992/ 2003/ 1992/ 2003/
VM 1 KÖ Kössern 5,5 7,0 1,0 1,8 2,1 0,36 11,0 4,4 81 8,3
VM 2GR Grimma 6,2 8,0 n.n. 1,7 1,1 0,33 10,0 3,2 84 22
VM 3.1 NW Neuweissenborn- 5,1 8,2 n.n. 4,5 2,6 0,30 10,0 3,5 60 14
Pausitz
VM 4 CA Canitz 5,8 7,9 2,5 2,9 1,7 0,21 11,0 3,4 78 24
VM 4.1 EI Eilenburg- 5,7 11 1,4 9,4 1,3 0,30 12,0 4,5 92 40
Hainichen
VM 5 HO Hohenpriessnitz 4,9 8,3 n.n. 3,6 1,5 0,24

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Schadstoff- und Flussgebietsmanagement im Muldesystem - Eine
Konsequenz des Augusthochwassers 2002
Arndt Knöchel
Universität Hamburg, Institut für Anorganische und Angewandte Chemie, Martin-Luther-King-Platz 6,
20146 Hamburg Tel 040/42838-3982, Fax 040/42838-2893, knoechel@chemie.uni-hamburg.de
Die großen Flutkatastrophen der letzten Jahre an Oder, Weichsel und Elbe sind durch sogen.
Genuatiefs ausgelöst worden. Diese entstehen, wenn hochliegende Kaltluft Tiefdrucksysteme
nach Süden ablenkt, diese sich im überdurchschnittlich erwärmten Golf von Genua stark mit
Energie und Wasserdampf aufladen, in dieser Form nach Norden wandern und sich nach
entsprechender Abkühlung in den Mittelgebirgen Zentraleuropas abregnen. Klimaforscher
sagen als Folge der Erwärmung der Atmosphäre eine Intensivierung und ein häufigeres
Auftreten dieser an sich bekannten Sommerwetterlage voraus. Die besonders betroffenen
Staaten Deutschland, Polen und Tschechien müssen sich darauf einstellen. Entsprechende dringend
notwendigen Vorsorgemaßnahmen dürfen sich aber nicht nur auf die Beherrschung der zu
erwartenden Hochwasserwellen konzentrieren, sondern müssen speziell im Muldesystem auch
die Konsequenzen für die dort in großer Zahl vorhandenen Schadstoffquellen im Auge haben.
Es ist beispielsweise nicht akzeptabel, wenn im Havelland große bereitgestellte Überflutungsflächen
für die Elbe bei Flutung durch stark schadstoffhaltige Flutsedimente so geschädigt
werden, dass die dauerhafte Nutzung gefährdet ist.
Die notwendig gewordenen Verwertungseinschränkungen für Milch in Niedersachsen, Monate
nach der Elbeflut und jüngst für Aale aus der Unterelbe verdeutlichen die Gefährdungen, sie
weisen auf eine länderüberschreitende, gesamtdeutsche Verantwortung hin.
Zur Abwehr und Beherrschung dieser Gefahren ist speziell für die Mulde ein Flussgebietsmanagement
unter Einbeziehung und Berücksichtigung der großen Schadstoffquellen erforderlich,
d.h. das hydrologische Flussmanagement muß durch ein darauf abgestimmtes Schad-stoffmanagement
ergänzt werden.
In Tabelle 1 sind die hauptsächlichen Schadstoffquellen im Muldesystem nach Typen zusammengefasst:
Tabelle 1:
Bedeutungsvolle Arten von Schadstoffquellen im Muldesystem
Bergwerke
Metalle, Arsen
Halden Metalle, Arsen
Tailings
Metalle, Arsen
Teiche Metalle, Arsen, Organik
Deponien
Metalle, Arsen, Organik
Kontaminierte Grundwässer Metalle, Arsen, Organik,
Industriebetriebe
Metalle, Metallorganyle, Organik
Kontaminierte Flächen Metalle, Arsen, Organik
Nicht zuletzt als Folge derartiger, in beträchtlicher Zahl vorhandener Quellen sind die Sedimente
der Mulde in hohem Maße kontaminiert, wie das in Abb. 1 dargestellte Beispiel unserer
Untersuchungen von Anfang der 90 er Jahre und die Vorträge dieser Tagung zeigen..
Etwa ab 1995 sind dank intensiver Förderung durch das BMBF für wichtige Quellentypen innovative
Sicherungssysteme konzipiert worden, die durchweg das Ziel haben, die Quellen nach-
88

Grafik :A.Klu ge
Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Dessau !
Elbe
Darstellung der Geoindizes
E
Dessau !
Elbe
Darstellung der Geoindizes
E
Raguhn
!
Wolfen !
!
Bitterfeld
!
Bad Düben
Arsen
im Flußsediment der Mulde
und ihrer Nebenflüsse
Raguhn
!
Wolfen !
!
Bitterfeld
!
Bad Düben
Cadmium
im Flußsediment der Mulde
und ihrer Nebenflüsse
!
Delitzsch
Mulde
Herbst 1992
!
Delitzsch
Mulde
Herbst 1992
Eilenburg
!
Eilenburg
!
!
Wurzen
!
Wurzen
Geoindex nach MÜLLER
keine Angaben
bis
[mg/kg]
Glauchau
!
Grimma
!
0 15
1 30 Sermuth
2 60
3 120
4 240
5 480
6 960
7 > 60 9
Zwickauer Mulde
!
Chemnitz
Freiberger Mulde
Zschopau
!
Chemnitz
Döbeln
!
Nossen
Freiberg!
Flöha
!
!
Dresden
!
Geoindex nach MÜLLER
Igeo-
Klasse
Igeo-
Klasse
keine Angaben
bis
[mg/kg]
0 0,45
1 0,9
2 1,8
3 3,6
4 7,2
5 14,4
6 28,8
7 > 8,8 2
Glauchau
Zwickauer Mulde
!
Grimma
!
Sermuth
!
Chemnitz
Freiberger Mulde
Zschopau
!
Chemnitz
Döbeln
!
Nossen
Freiberg!
Flöha
!
!
Dresden
!
Flöha
Flöha
Zwickau !
Marienberg
!
Zwickau!
Marienberg
!
Schneeberg
!
Aue
!
Annaberg-Buchholz
!
Schneeberg
!
Aue
!
Annaberg-Buchholz
!
!
Schwarzenberg
!
Schwarzenberg
0
5
km
10 15 20
Johanngeorgenstadt
!
BMBF - Verbundprojekt:
TU Bergakademie Freiberg -
Institut für Mineralogie - Lehrstuhl für Geochemie
Universität Hamburg
Institut für Anorganische und Angewandte Chemie
0
5
km
10 15 20
!
Johanngeorgenstadt
BMBF - Verbundprojekt:
TU Bergakademie Freiberg -
Institut für Mineralogie - Lehrstuhl für Geochemie
Universität Hamburg
Institut für Anorganische und Angewandte Chemie
Abb 1: Verteilung von Cd und As im Muldesediment
haltig und naturnah zu stabilisieren und ihre Schadstoffabgabe unter Normalbedingungen zu
minimieren.
Tabelle 2 gibt eine Übersicht über einzelne, realisierungsfähige bzw. zumindest konzeptionell
abgeklärte Methoden.
Tabelle 2:
Methoden zur Schadstoffbeseitigung bzw.- rückhaltung
Beseitigung
Dekontamination
Verrohrte Überführung in Klärwerke
In situ Rückhaltung
Wetlands
Harvesting
Einschluß durch reaktive Wände
Ausspülung
Halden; Tailings; Teiche; Deponien
Tailings; Deponien; Industriebetriebe
Bergwerke; Halden; Industriebetriebe
Bergwerke; Tagebaurestlöcher
Bergwerke; Halden; Teiche; Deponien
Kontaminierte Flächen
Kontaminierte Grundwässer
Kontaminierte Grundwässer
89

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Was fehlt, ist
1. ein abgestimmter Einsatz dieser ggfl. fortzuentwickelnden Methoden mit dem Ziel, die
Kontamination der Mulde zurückzuführen und die Abgabe von Schadstoffen in die Elbe zu
minimieren.
2. die Verfahren so fortzuentwickeln und anzuwenden, dass eine akzeptable minimale Schadstoffabgabe
auch bei Hochwassersituationen gewährleistet ist.
Es ist jedenfalls nicht hinnehmbar, dass wie im August 2002
• korrodierte Fässer mit reaktivem Inhalt aus einer Fassdeponie in einen gefluteten Tagebau
zu stürzen drohen,
• in den Alttailings die Sicherheitsmargen für die Stabilität der Dämme aufgebraucht werden,
• in aufgelassene Bergwerke hochwasserführende Bäche einbrechen, die Bergwerke geflutet
und große Schadstoffmengen ausgetragen werden können,
• die Flutung eines Tagebaurestloches eine kontaminierte Grundwasserblase mobilisiert.
Es spricht also vieles für ein nachhaltiges, Flutereignisse mit berücksichtigendes Schadstoffmanagement
im Muldesystem und die Förderung entsprechender vernetzter F.u.E.- Arbeiten.
Bei der Entwicklung und Durchführung eines entsprechenden Verbundprojekts sind aus meiner
Sicht folgende Maßnahmenpakete zu berücksichtigen.
• Erfassung und Charakterisierung bedeutender Quellen in einem Quellenkataster.
• Definition sinnvoller, nachhaltiger Maßnahmen zu ihrer Beseitigung, Reduktion bzw.
Sicherung.
• Hydrologische Modellierung des Mulde- Flusssystems unter Berücksichtigung von Hochwasserereignissen
und deren Beherrschung.
• Modellierung von Transport und Ausbreitung ausgewählter Schadstoffe unter Normal- und
Hochwasserbedingungen.
• Entwicklung und Modellierung eines optimal abgestimmten Schadstoffrückhaltesystems
für das Muldesystem unter Berücksichtigung der verfügbaren bzw. in Entwicklung befindlichen
Techniken und Verfahren.
• Ableitung von Gefährdungsszenarien für Hochfluten und Schadstoffausbrüche. Diese müssen
auch Richtlinien für den Schutz einzusetzender Hilfskräfte enthalten.
Als Vision und damit als Ergebnis eines derartigen nachhaltigen, gesamtdeutschen Maßnahmenbündels
stelle ich mir ein sich selbst reinigendes, flußmäßig " atmendes" Muldesystem vor,
in dem, wissenschaftlich begründet und aufeinander abgestimmt
• Quellen (Altlasten) mit besonders großem Gefährdungspotential und hoher Eintrittswahrscheinlichkeit
beseitigt sind,
• die in den Altbergwerken mobilisierbaren Schwermetalle und Arsen in diesen nutzbringend
zurückgehalten werden,
• Austritte aus gesicherten Halden, Tailings und Bergwerksmundlöchern in Vorflutern gefasst
und durch geeignete technische bzw. naturnahe Maßnahmen dekontaminiert werden,
• stark kontaminierte Flächen durch Harvestingmaßnahmen stabilisiert sind,
90

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
• kontaminierte Grundwasserblasen ausgespült bzw. durch reaktive Wände gegen die Umgebung
gesichert wurden, und last not least
• durch Nutzung gefluteter Tagebaurestlöcher als Sedimentationsfallen der Austrag verbliebener
Schadstoffmengen in die Elbe weitgehend verhindert wird.
Ein derartiges, Hochwasserbelange und Schadstoffrückhaltung verknüpfendes Maßnahmenbündel
würde neben den geplanten, ebenfalls abzustimmenden landschaftlichen Umgestaltungen
als nachhaltige, gesamtdeutsche Maßnahme dazu beitragen, dem durch lang-anhaltende,
z.T. rücksichtslose Industriemaßnahmen stark in Mitleidenschaft gezogenen Muldesystem
seine naturgegebene landschaftliche Schönheit zurückzugeben und den darin siedelnden
Menschen eine zukunftssichere Perspektive zu geben.
Der innovative Wert des auf andere Regionen übertragbaren Ansatzes ist hoch, seine Realisierung
ist anspruchsvoll und erfordert die Mitarbeit der Besten, denn es geht nicht nur um wissenschaftlich
technische Lösungen, sondern vor dem Hintergrund der europäischen
Wasserrahmenrichtlinie auch um ökologisch-ökonomisch-soziale Fortentwicklungen
einschließlich der Überwindung eingefahrener Rechtsstrukturen und Denkmuster, z.B. bei
Behörden.
Ein Anfang soll mit einem Vorschlag für ein Verbundprojekt gemacht werden, an dem fachlich
ausgewiesene Vertreter von Hochschulen, außeruniversitären Forschungs -einrichtungen und
Behörden sowie Interessenten aus der Wirtschaft beteiligt sein sollen.
Literatur
P. Beuge, W. Klemm, A. Knöchel und Mitarbeiter: Die Schwermetallsituation im Muldesystem, Bd.1-3.
Schlussbericht zu den Fördervorhaben 02 WT 9113 und 02 WT 9114, Eigenverlag der Universität
Hamburg ( 1999 ). ISBN 3 - 924330 - 21 - 2
P. Beuge, W. Calmano, W. Klemm, A. Knöchel und Mitarbeiter: Entwicklung geochemischer Methoden zur
naturnahen Schadstoffdemobilisierung im Muldesystem. Schlussbericht zu den Fördervorhaben 02 WT
9640/4, 02 WT 9641/7, 02 WT 9642/0 und 02 WT 0038
91

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Verlagerungen natürlicher Radionuklide im Muldesystem als Folge des
Augusthochwassers
Arndt Knöchel 1 , Rolf Michel 2 , Stephan Ritzel 2 , Carsten Wanke 2
1 Universität Hamburg, Institut für Anorganische und Angewandte Chemie, Martin-Luther-King-Platz 6,
20146 Hamburg Tel 040/42838-3982, Fax 040/42838-2893, knoechel@chemie.uni-hamburg.de
2 Universität Hannover, Zentrum für Strahlenschutz und Radioökologie, Herrenhäuser Straße 2,
30419 Hannover, Tel 0511/762-4033, Fax 0511/762-3008, michel@zsr.uni-hannover.de
Ziel des Teilprojekts ist es, die durch die Flutereignisse verursachten Verlagerungen natürlicher
Radionuklide im Gesamtsystem der Mulde zu erfassen und aus radiologischer Sicht zu
bewerten. Dazu wurden an ausgewählten, bereits früher untersuchten Probennahmeorten im
Bereich der Mulde [1] und den Verdachtsflächen des Altlastenkatasters [2] Wasser, Schwebstoffe,
Sedimente und die rezenten Flutsedimente beprobt. Zusätzlich wurden Proben aus anliegenden
Tailing-Becken und Halden genommen. Die messtechnische Erfassung der natürlichen
Radionuklide soll soweit möglich gamma-spektrometrisch erfolgen und durch Beta- und Alphaspektrometrische
Messungen ergänzt werden. Die Beurteilung der Flutfolgen wird auf der
Grundlage von früher im Bereich der Mulde gemessenen Daten zum Vorkommen natürlicher
Radionuklide und durch Vergleich mit den Vorkommen natürlicher Radionuklide in anderen
Regionen Deutschlands erfolgen. Probennahme und Messtechnik wurden in Besprechungen
mit dem Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) sowie dem Sächsischen Landesamt für Umwelt
und Geologie (LfUG) abgestimmt, dabei wurden die während der Probennahmekampagne zu
beprobenden Gebiete festgelegt (Vgl. Abschnitt 3).
1 Vorbereitung der Probennahmekampagne
Um das im Rahmen des Projekts anstehende hohe Probenaufkommen zu bewältigen, wurden
zusätzliche Gammadetektoren bereitgestellt und die zugehörigen Messketten optimiert.
Umfangreiche Geländeerkundungen wurden in Abstimmung mit den Kooperationspartnern und
anderen Teilprojekten durchgeführt. Zur Erlernung von Probennahmetechniken und zur Erweiterung
von Ortskenntnissen wurde an einer durch das TP 3.7 durchgeführten Probennahmekampagne
teilgenommen.
2 Durchführung der Probennahmekampagne
Die Probennahmekampagne wurde im Zeitraum vom 05. Mai bis 05. Juni 2003 durchgeführt,
wobei alle zuvor geplanten 220 Probennahmepunkte beprobt wurden.
Ein besonderer Schwerpunkt lag auf der Verdachtsfläche Lengenfeld. Im Gebiet um den Lenkteich
wurden zusätzliche Proben von verschiedenen Sedimenttypen, abgelagerten Tailingmaterialien
und Bohrkerne entnommen.
Bei allen Proben wurden die Sedimentproben als repräsentative Mischproben über einen Flussabschnitt
entnommen, wobei nur mobile Sedimente < 2 mm im Bereich von 0-8 cm Tiefe
berücksichtigt wurden. Pro Punkt wurden duchschnittlich 4000 mL wassergesättigtes Sediment
entnommen. An allen Wasserproben wurden pH-Wert, Redoxpotential, Leitfähigkeit und die
Gewässertemperatur gemessen, im gesamten Muldesystem zusätzlich der Sauerstoffgehalt.
Zusätzlich wurde an allen Gewässern die Photonen-Äquivalentdosisleistung (ODL, Ortsdosisleistung)
im Abstand von 1 m zum Sediment ermittelt. Im Gebiet um den Lenkteich, der im
heutigen Zustand vollständig mit Sedimenten aus dem Dammbruchereignis der IAA von 1953
verlandet ist, wurden zuätzliche ODL-Messungen durchgeführt, die dazugehörigen Messwerte
sind in Abbildung 1 dargestellt.
92

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Abbildung1: Topographische Karte des Lenkteichs mit eingezeichnenten ODL-Messwerten
1000
535
637
817
530
807
1200
880
498
960
585
622
670
662
618
844
742
heutiger
Flussverlauf
Stauwehr
Ortsdosisleistung in nSv/h
Eine Übersicht der gemessenen Ortsdosisleistungen im Bereich der Verdachtsflächen und an
der Freiberger, Zwickauer und Vereinigten Mulde sind in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1.
Verteilung der ODL-Werte
Verdachtsfläche 100-
150
nSv/h
151-
200
nSv/h
201-
250
nSv/h
251-
300
nSv/h
301-
350
nSv/h
351-
450
nSv/h
Annaberg-Buchholz 0 3 2 1 0 0 0
Bärenstein 0 4 2 0 0 0 0
Filzteich 0 1 2 0 0 0 0
Freital 0 8 5 1 0 0 0
Lengenfeld 0 6 11 4 1 2 4
Marienberg 1 0 2 0 0 0 0
Oberrothenbach + Zwickau 0 0 3 0 0 0 0
Pobershau 0 2 1 0 0 0 0
Pöhla 1 5 2 0 0 0 0
Schneeberg-Aue 0 2 6 2 0 0 0
Gottesberg-Schneckenstein 0 2 8 3 2 0 0
Freiberger Mulde 6 5 2 0 0 0 0
Zwickauer Mulde 2 10 4 0 0 0 0
Vereinigte Mulde 7 11 0 0 0 0 0

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
die Gebiete mit einem ODL-Wert von < 300 nSv/h unbedenklich und können dementsprechend
z.B. als öffentliche Parkanlage weitergenutzt werden.
3 Probenvorbereitung und Messung
In Abbildung 2 ist das für die genommenen Proben anzuwendende Analysenverfahren als
Fliessschema dargestellt.
Aus dem zunächst bei

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
4 Referenzen
[1] Die Schwermetallsituation im Muldesystem, BMBF-Projekt 02WT9113/02WT9114, 1991-1994
[2] Projekt: "Radiologische Erfassung, Untersuchung und Bewertung bergbaulicher Altlasten" (Altlastenkataster),
als Generalunternehmer für dieses Projekt wurde vom BfS die Gesellschaft für Anlagen- und
Reaktorsicherheit (GRS) mbH Köln eingesetzt.
[3] Strahlenschutzgrundsätze für die Nutzung von durch den Uranbergbau kontaminierten Flächen zu forstund
landwirtschaftlichen Zwecken sowie als Grünanlage (Parkanlage) und Wohngebiet, Empfehlungen
der Strahlenschutzkommiss, Bundesanzeiger Nr. 227 vom 07. Dezember 1991
Analytische Qualitätssicherung - auch in der Forschung ein Thema?
Corinna Kowalik, Jürgen W. Einax
Friedrich-Schiller-Universität, Institut für Anorganische und Analytische Chemie, Lehrbereich
Umweltanalytik, Lessingstraße 8, 07743 Jena, Tel. 03641/948194, Fax 03641/948172,
corinna.kowalik@uni-jena.de
1 Grundlagen
Qualitätssichernde und qualitätsgesicherte Anwendungen von Prüfverfahren und die damit
verbundene Sicherstellung der Richtigkeit von Prüfergebnissen sind Themen, die in letzter Zeit
zunehmend an Bedeutung gewonnen haben.
Eine Vielzahl von Entscheidungen basieren auf Ergebnissen quantitativer Analysen. Werden
Entscheidungen auf der Grundlage dieser Resultate getroffen ist es wichtig, Aussagen über die
Qualität der Ergebnisse zu erhalten, d.h. ihre Verlässlichkeit zu quantifizieren. Diese Angaben
sind von hoher Wichtigkeit wenn es u.a. auch darum geht, Resultate von Forschungsprojekten
zu bewerten und einzuordnen. Daher ist es gerade auch im Bereich der Forschung notwendig
und unabdingbar, qualitäts-sichernde Maßnahmen durchzuführen. Im Rahmen des vom BMBF
geförderten Forschungsprojekts "Schadstoffuntersuchungen nach dem Hochwasser vom
August 2002 - Ermittlung der Gefährdungspotenziale an Elbe und Mulde" stellt die Qualitätssicherung
daher einen wichtigen Baustein dar. Eine Grundlage bildet dabei das sogenannte
4-Phasen-Modell der Analytischen Qualitätssicherung [1]:
Phase I - Erstellung eines neuen Analysenverfahrens
Phase II - Einführung eines Analysenverfahrens in die Routineanalytik;
vorbereitende Qualitätssicherung
Phase III - Routine-Qualitätssicherung
Phase IV - Externe analytische Qualitätssicherung
Das Hauptaugenmerk liegt bei den Phasen III und IV, da im Rahmen dieses Forschungsprojekts
in erster Linie bereits in die Routineanalytik eingeführte Analysenverfahren genutzt werden.
Die Qualitätssicherung in der Routineanalytik beinhaltet laborinterne Qualitätskontrollen zu
denen u.a. die Blindwert-Überwachung oder das Führen von Mittelwert-Regelkarten zählen.
Eine Möglichkeit zur Über-prüfung der Vergleichbarkeit von Analysenergebnissen verschiedener
Laboratorien bietet die Durchführung von Ringversuchen. Das dahinterstehende Ziel
kann jedoch sehr unterschiedlich sein (Abb. 1).
95

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Verfahrensentwicklung
und -normung
- Entwicklung und Normung
neuer Analysenverfahren
- Organisation über DIN
Zertifizierung von
Referenzmaterialien
- Definition
„konventionell richtiger Wert“
- Zertifikat
Eignungsprüfung von
Laboratorien
Akkreditierung
- Testung eines
Analysenverfahrens
staatliche
Zulassung
- Testung eines
Referenzmaterials
Notifizierung
- Testung des
analysierenden Labors
Abb. 1
Zielrichtungen von Ringversuchen
Innerhalb des im Rahmen dieses Projekts durchgeführten Ringversuchs (Schwer-metalle im
Sediment) erfolgten ein direkter Vergleich mit einem zertifiziertem Referenzmaterial (Flusssediment)
sowie der Vergleich mit einem matrixangepassten Referenzmaterial (Überflutungssediment
aus dem Elbeeinzugsgebiet).
2 Herstellung des matrixangepassten Referenzmaterials
In früheren Untersuchungen wurden mittels multivariat-statistischer Auswertungen u.a. die
Einflüsse der Nebenflüsse (Muldensystem, Saale, Havel) auf den Be-lastungszustand der Elbe
charakterisiert [2]. Die dabei identifizierten repräsentativen Elbeabschnitte sowie weitere, unter
Berücksichtigung geographischer Gegeben-heiten zusätzlich ausgewählte Probennahmestellen
bildeten die Grundlage für die Gewinnung des Überflutungssediment (Abb. 2).
Nordsee
740
Cuxhaven
Stade
No
600
Bundesrepublik
Deutschland
t
rd-Os
650
see Kanal
700 Brunsbüttel
Kiel
Hamburg
Geesthacht
550
500
Schnackenburg
Ostsee
450
400
Havelberg
Havel
Probennahmeort
Pillnitz km 43
Meißen km 83
Klieken km 250
Aken km 275
Glinde km 301
Arneburg km 404
Damnatz km 510
Magdeburg
350
300
Saale
250
Dessau
Wittenberg
200
Vereinigte Mulde
Schwarze Elster
150
Dresden
50
Staatsgrenze
0
Schmilka
Decin
Tschechische
Republik
Vranany
Lysa nad Labem
Hradec Královè
Valy
Abb. 2
Probennahmestellen (Überflutungssediment)
96

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Über den Zeitraum von 3 Tagen erfolgte die Probennahme aus
der rezenten Sedimentschicht (0-2 cm) mittels eines Probenschöpfers
(Abb. 3).
Die Proben wurden bei 105°C getrocknet. Nach einer Vorsiebung
auf eine Korn-größe von < 2 mm erfolgte die Vereinigung
aller 7 Teilproben in adäquaten Anteilen zu einer Gesamtmischprobe.
Diese Probe wurde dann auf eine Korngröße

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Keim- und Schwermetallbelastung landwirtschaftlich und gärtnerisch
genutzter Böden im Überschwemmungsbereich der Elbe
Frank Krüger 1 , Karsten Grunewald 2 , Heike Petzoldt 3 , Ralph Meissner 4
1 ELANA Boden Wasser Monitoring, Dorfstr. 55, 39615 Falkenberg, Tel 039386/97121, Fax 039386/97116,
krueger@lysi.ufz.de
2 Technische Universität Dresden, Institut für Geographie, Lehrstuhl Landschaftslehre/Geoökologie,
01062 Dresden, Tel 0351/463-33260, Fax 0351/4633-7860, kg3@rcs.urz.tu-dresden.de
3 DVGW-Technologiezentrum Wasser, Außenstelle Dresden, Scharfenberger Str. 152, 01139 Dresden,
Tel 0351/85211-33, Fax 0351/85211-10, petzoldt@tzw-dresden.de
4 UFZ-Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH, Sektion Bodenforschung, Dorfstr. 55,
39615 Falkenberg, Tel 039386/971-13, Fax 039386/971-16, meissner@lysi.ufz.de
1 Einleitung
Im Teilprojekt 4 des Ad-hoc-Projektes geht es u. a. um die Erfassung der Schwermetall- und
Keimbelastung der Böden und der Vegetation nach dem Sommerhochwasser 2002. Die teilweise
erschütternden Bilder reißender Fluten ließen enorme Sedimenteinträge mit unbekannter
Belastung in die Vorländer vermuten. Dabei waren neben den alljährlich betroffenen Überschwemmungsflächen
der Elbe zwischen den Deichen erstmalig auch dahinter liegende
Bereiche betroffen. Eine Vielzahl von Deichbrüchen in Sachsen und Sachsen-Anhalt führten
dazu, dass bisher vor Hochwasser geschützte Ländereien überschwemmt wurden. Insbesondere
die Überflutung von Kläranlagen führte zu einer Verbreitung pathogener Keime in die landwirtschaftlichen
Produktionsflächen. Der Verbleib und die Überlebensmöglichkeiten der Mikroorganismen
sind weitgehend unbekannt.
Durch die Kooperation der im Teilprojekt 4 arbeitenden Institutionen wird zur Beurteilung der
Belastungssituation der Böden mit Schwermetallen und pathogenen bzw. potentiell pathogenen
Keimen anhand von Indikatororganismen ein Oberbodenmonitoring entlang der gesamten tidefreien
Elbe von der deutsch-tschechischen Grenze bis nach Niedersachsen durchgeführt.
Da der Sediment- und Schadstoffeintrag zum einen von der Überflutungshäufigkeit abhängt,
wurden die Probennahmen entlang eines Höhengradienten realisiert. Zum anderen mussten, um
die Vergleichbarkeit der Analysenergebnisse zu sichern, in den unterschiedlichen Teiluntersuchungsgebieten
die gleichen Reliefpositionen untersucht werden. Im Rahmen des Projektes
werden erstmalig Ergebnisse vorgestellt, die entlang der gesamten tidefreien Elbe auf der gleichen
Probenahmestrategie beruhen. Abbildung 1 zeigt die Lage der Teiluntersuchungsgebiete.
Darüber hinaus wurden nach dem Sommerhochwasser 2002 oberflächennahe Sedimente,
Hochflutsedimente auf ihre Spurenmetallgehalte untersucht sowie im Frühjahr 2003 ein Screening
der Keimbelastung von Oberböden durchgeführt.
2 Ergebnisse
2.1 Schwermetalle
Die Bereisung der Elbe zur Entnahme von oberflächennahen Sedimenten im September 2002
machte deutlich, dass das Sedimentationsgeschehen entlang der Elbe sehr unterschiedlich war.
Im Festgesteinsabschnitt der Elbe konnten viel stärkere Sedimentablagerungen in Flussnähe
beobachtet werden als im norddeutschen Tiefland. Die während der Projektphase durchgeführten
bodenkundlichen Kartierungen bestätigen z. B. im Bereich zwischen Stromkilometer
130 und 170 frische Sedimentablagerungen sandiger Textur von mehreren Zentimetern Mächtigkeit
in Ufernähe.
98

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Mündung km 730
Hamburg
Geesthacht , km 585
Gorleben, km 492
Lütgenwisch , km 475
Alandmündung, km 475
Havelberg , km 423
Tangermünde, km 390
Glinde, km 301
Steckby, km 285
Muldemündung, km 259
Wörlitz, km 240
Dommitzsch, km 170
Mühlberg, km 130
Röderau, km 106
Merschwitz , km 96
Gauernitz, km 75
Radebeul, km 65
Dresden, km 48
Pillnitz, km 42
Raten, km 22
Grenze, km 0
Prag
UFZ IfB-HH UFZ TU-Dresden
Abb. 1: Lage der Untersuchungsflächen für das Oberbodenmonitoring entlang der Elbe.
Für Standorte an der Mittelelbe konnten lediglich schlammige Schleier auf der Vegetation
beobachtet werden.
Vergleichsmessungen von Hochflutsedimenten mit den Jahren 1997-1999 belegen für die
untere Mittelelbe nach dem Sommerhochwasser 2002 allerdings Sedimentationsraten, die
doppelt so hoch waren, wie in den Vorjahren (Tab. 1). Dagegen ist die Quecksilberbelastung
der eingetragenen Sedimente im Vergleich zu den Vorjahren an der unteren Mittelelbe gleich
geblieben (vgl. Tab. 2).
Tab. 1: Kenndaten des Sedimenteintrags in den Jahren 1997, 1998/1999 an Standorten der Mittelelbe
Wittenberge (km 435 - 440); k. A. - keine Angaben.
1997 1998/1999 2002
Abfluss im Scheitel 1800 2360 3800
(m 3 /s)
Buhnenfeldrand; 0,4 3810 8321 1485
m MW, (g/m 2 )
Flutrinne;
204 242 405
0,4 m MW, (g/m 2 )
Senke;
298 397 502
0,7 m MW, (g/m 2 )
Plateau;
1,5 m MW, (g/m 2 )
k. A. k. A. 220
Tab. 2: Quecksilbergehalte von Hochflutsedimenten nach dem Extremhochwasser an der Mittelelbe sowie
sächsischen Festgesteinsabschnitt der Elbe sowie Vergleichsdaten der Jahre 1997, 1998/1999 von d
Mittelelbe.
1997 1998/1999 2002
Mittelelbe Mittelelbe Mittelelbe Festgesteinsabschnitt
Minimum (µg/g) 3,9 4,4 4,2 0,2
Median (µg/g) 4,9 4,5 5,7 0,35
Maximum (µg/g) 6,2 5,6 6,8 0,8
99

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Böden 1983-2001 Hochflutsedimente 9-2002 Sedimente 9-2002
35
4,5
Hg-Konz. der Elbe-km 150-600 (µg/g)
30
25
20
15
10
5
2
1
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
Hg-Konz. der Elbe-km 0-150 (µg/g)
0
600
500
400 300 200
Elbe-Stromkilometer
Abb. 2: Hg-Gehalte von Böden entlang der Elbe von der deutsch-tschechischen Grenze bis zum
Wehr nach Geesthacht aus den Jahren 1983-2000, im Vergleich mit Hg-Gehalten von Sedimenten,
Hochflutsedimenten und Böden aus dem Jahr 2002 (1: Muldemündung, 2: Saalemündung).
100
0
0
Die Qualität der oberflächennahen Sedimente sowie der Hochflutsedimente entspricht bzgl. Hg
auch nach dem Sommerhochwasser 2002 der Qualität der Böden unterstromig der Saalemündung
(Abb. 2). Somit ist nicht mit einer Veränderung der Belastungssituation zu rechnen. Oberstromig
der Saalemündung weisen die oberflächennahen Sedimente und die Hochflutsedimente
eine deutlich bessere Qualität auf, die sogar unterhalb des Maßnahmewertes der BBoSchVO für
Hg von 2 µg/g für die Grünlandnutzung liegt. Hier können die frischen Sedimente durch Aufsedimentation
zu einer Qualitätsverbesserung der Böden führen, wenn die Sedimentationsrate
groß genug ist. Bei einer durchschnittlichen Oberbodendichte von 1 g/cm³ sind jedoch Sedimentfrachten
von 10 kg/m² notwendig, um den Boden um 1 cm anwachsen zu lassen. Bei einer
durch die BBoSchVO vorgeschriebenen Beprobungstiefe von 10 cm (für Grünland) müsste
deutlich mehr als 10 kg/m² sedimentieren, um eine Qualitätsveränderung in den Böden nachzuweisen.
2.2 Hygiene
Die BBoSchVO enthält keine Vorgaben bzw. Belastungswerte bezüglich hygienischer-mikrobiologisch
Parameter.
Im ersten Screening der Oberböden wurden diese auf das Vorkommen von Escherichia coli,
Coliformer Keime, Fäkalstreptokokken, Pseudomonaden und Clostridien als Indikatororganismen
für fäkale bzw. pathogene Belastungen untersucht. Während E. coli in den Proben
unabhängig von der Herkunft generell nur in Ausnahmefällen nachgewiesen wurde, kann am
Beispiel der Coliformen Keime gezeigt werden (Abb. 3) dass die Keimbelastung in den Oberböden
entlang der Elbe insgesamt beträchtlich schwanken kann. Des Weiteren ist erkennbar,
dass bezüglich der Colifomen Keime die Keimbelastung der erstmalig überfluteten Standorte
derjenigen, der regelmäßig überschwemmten Bereiche entspricht. Dies wird auch an den
Befunden für die Pseudomonaden und Fäkalstreptokokken deutlich. Darüber hinaus kann aber
am Beispiel der Pseudomonaden gezeigt werden, dass die Keimbelastung offensichtlich
wesentlich vom Feuchtezustand des Bodens abhängt (Abb. 4). Aus dem Umstand, dass die
100

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Vorland, jährlich überflutet
Deichbruchstelle, einmalig überflutet
1000000
100000
Coliforme n/g TS
10000
1000
100
10
1
600
500
400
300
200
100
0
Elbe-Stromkilometer
Abb. 3: Das Vorkommen Coliformer Keime in unterschiedlichsten Böden
entlang der deutschen tidefreien Elbe im Mai 2003.
Vorland, jährlich überflutet
Deichbruchstelle, einmalig überflutet
80000
70000
Pseudomonaden n/g TS
60000
50000
40000
30000
20000
10000
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Trockensubstanz %
Abb. 4: Das Vorkommen von Pseudomonaden im Mai 2003 in Oberböden
der Elbe in Abhängigkeit vom Trockensubstanzgehalt der Bodenproben.
Mikroorganismen ein feuchtes Milieu zum Überleben brauchen, kann das Umbrechen/
Umgraben zur besseren Durchlüftung und Abtrocknung von Böden als Maßnahme zur hygienischen
Reinigung bestätigt werden.
3 Ausblick
Die umfassende Analyse und Bewertung der Ergebnisse im Teilprojekt 4 steht noch aus. Die
ersten Ergebnisse, dargestellt am Beispiel ausgewählter Hygiene-Parameter und Hg-Konzentrationen
der Böden und Sedimente, bestätigen die Tragfähigkeit des Untersuchungsansatzes.
101

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Einfluss des Hochwassers 2002 auf die Wassergüte der Elbe in Tschechien
Jirí Medek, Petr Martínek, Stanislav Verner
Povodí Labe, státní podnik, Víta Nejedlého 951, CZ-500 03 Hradec Králové, Tel. +420 495 088 740,
Fax +420 495 088 742, medek@pla.cz
Durch die extremen Niederschläge im fast ganzen Einzugsgebiet der Moldau kam es auf der
Moldau und nachfolgend auf der Elbe zu einem verheerenden Hochwasser. Der Scheitelabfluss
der Moldau (ca. 5300 m³/s (Q 500 )) hatte maßgebenden Einfluss auf die Durchflusssituation an
der tschechischen Elbe. Der Durchfluss der tschechischen Mittleren Elbe war relativ günstig
und betrug ca. ein Zehntel des Moldaudurchflusses (Scheitelabfluss ca. 529 m³/s). Der Hochwasserdurchfluss
an der tschechischen Unteren Elbe wurde durch riesigen Flächenüberschwemmungen
im Mündungsgebiet der Moldau in die Elbe reduziert., welche an der Elbe bis
20 Kilometer oberhalb des Zusammenflusses reichten.
Die Flächenüberschwemmungen bei Litomerice, wo ein See von 20 Kilometer Länge und 8
Kilometer Breite entstand, hatten einen ähnlichen Einfluss auf die Durchflussreduktion im
Profil Ústí nad Labem (ca. 5100 m³/s (Q 250 ) ).
Die staatliche Wasserwirtschaftsbetriebe Povodí Labe s. p. und Povodí Vltavy s. p. als Einzugsgebietverwalter
für die Elbe und die Moldau, untersuchten während des Hochwassers an den
ständigen Untersuchungsstellen die Beschaffenheit des Wassers und der Flusssedimente, d.h.
die regelmäßigen Untersuchungen wurden nicht unterbrochen. Die Untersuchungen wurden
jedoch darüber hinaus um eine Reihe von Sondermessstellen erweitert, denn in Folge des hohen
Wasserstands standen eine Reihe von kommunalen und industriellen Kläranlagen (z. B. die
Prager Kläranlage) sowie eine Vielzahl von Industriebetrieben mit der potentiellen Gefahr einer
Umweltschädigung (z. B. Spolana Neratovice) unter Wasser. Die Elbe-Messstellen für die
Sonderuntersuchungen wurden nach zwei Gesichtspunkten ausgewählt. Die Messstellen
mußten gut die problematischen Lokalitäten betreffen und mußten auch bei Hochwasser gut
zugänglich sein. An der Elbe wurde die außerordentliche Wassergüteüberwachung an drei
Messstellen durchgeführt: Obríství-Štepán, Roudnice n.L. und Decín. Der Umfang der Untersuchungen
zur Beschaffenheit des Wassers und der Sedimente entsprach überwiegend dem
Parameterumfang des Internationalen Messprogramms der IKSE, das die klassischen organischen
Stoffe, Nährstoffe, allgemeine chemische Parameter, Schwermetalle, spezifische organische
Stoffe und die bakterielle Belastung des Wassers umfasst.
Während der Sonderuntersuchungen vom 16.08. bis 10.09.2002 wurden an den Elbe-Messstellen
Obríství (bzw. Štepán), Roudnice n. L. und Decín mindestens 7 bis 11 Wasserproben
genommen, die im Labor auf bis zu 160 Güteparameter analysiert worden sind. Von der Bewertung
ausgeschlossen wurden Parameter, die über die gesamte Dauer der Sonderuntersuchungen
und während der Standardüberwachung ständig Werte unter der Nachweisgrenze aufwiesen.
Alle übrigen Parameter wurden einer statistischen Aufbereitung unterzogen. Durch den
Vergleich der Messergebnisse für die Messstellen Roudnice n. L. und Decín wurde ermittelt,
dass die Wasserbeschaffenheit an beiden Messstellen annähernd gleich oder bei einer Reihe von
Parametern an der Messstelle Roudnice n. L. günstiger sind.
Für die Messstellen Obríství und Decín wurden die statistischen Kennziffern für die Zeit der
Sonderuntersuchungen mit ähnlichen statistischen Kennziffern der Standardüberwachung in
den Jahren 2000 und 2001 sowie mit den Immissionsgrenzwerten laut der Regierungsverordnung
82/1999 der Gesetzsammlung für die übrigen Oberflächengewässer verglichen.
Die Daten der Gewässergütesonderuntersuchungen von den Elbe-Messstellen Obríství (oberhalb
der Moldaumündung) und Decín (zusammengefasste Daten der Messstellen ober- und
102

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
unterhalb von Decín) wurden für ausgewählte Parameter als Graphiken der zeitlichen Entwicklung
in Bezug auf die Daten der im Zeitraum vom 01.01.2000 bis zum 10.09.2002 durchgeführten
Standarduntersuchungen aufbereitet.
Von den Parametern der klassischen organischen Belastung wurden für die Bewertung der
Permanganatindex, CSB und TOC ausgewählt. Bei ihnen kam es bei Eintritt der Hochwasserwelle
zu einer Erhöhung der Konzentrationen, die jedoch weder in Obríství noch in Decín die
während der zwei vorhergehenden Jahre gemessenen vereinzelten Maxima noch die zulässigen
Immissionswerte nach der Regierungsverordnung 82/1999 der Gesetzsammlung überschritten.
Nur in Obríství lagen die Konzentrationen bei CSB und TOC in einem Fall im Bereich der
zulässigen Grenze.
Bei den Nährstoffen wurden nur beim Ammonium-Stickstoff erhöhte Konzentrationen festgestellt.
Werte (bis zu 1,6 mg/l), die auch die Maxima der vorhergehenden zwei Jahre überschritten,
wurden an der Messstelle Obríství ermittelt. Einen großen Anteil kann man der
Abschwemmung einer großen Menge von Ammoniumsalzen aus dem Chemiebetrieb Spolana
Neratovice zuschreiben. Der zulässige Grenzwert von 2,5 mg/l wurde jedoch nicht erreicht. In
Decín überschritten die Konzentrationen des Ammonium-Stickstoffs die Maxima der vorhergehenden
zwei Jahre nicht und waren etwa halb so hoch wie die in Obríství gemessenen Werte.
Beim Parameter AOX, der die Summenbelastung mit spezifischen organischen Stoffen zum
Ausdruck bringt, ist es praktisch zu keiner Erhöhung der Konzentrationen über den Wert des
vorhergehenden Zeitraums gekommen. Der zulässige Grenzwert von 50 µg/l an der Messstelle
Obríství wurde nicht überschritten. An der Messstelle Decín wurde er in einem Fall um 30 %
überschritten.
Die stoßweise Erhöhung der Konzentration von 1,2-Dichlorethan bis über die zulässige Grenze
von 10 µg/l an der Messstelle Obríství zeugt von einer Freisetzung dieses Stoffes aus der Firma
Spolana Neratovice. Der gemessene Höchstwert von 12 µg/l ist aber niedriger als die mitunter
in der Vergangenheit ermittelten Maxima. An der Messstelle Decín kam es zu keiner Erhöhung
der Konzentrationen. Der gemessene Höchstwert betrug dort nur 0,41 µg/l.
Beim Parameter nichtgelöste extrahierbare Stoffe (der die Belastung mit Mineralölen erfasst)
wurde an den Messstellen Obríství und Decín eine Stoßbelastung ermittelt. Vereinzelte Messwerte
lagen um ca. 10 % über dem zulässigen Immissionsgrenzwert von 0,2 mg/l. Sie überstiegen
auch die Maximalwerte der vergangenen zwei Jahre etwas. Einen wesentlichen Einfluss
hatte offensichtlich das Ausspülen von Mineralölen aus unzureichend gesicherten Lager- und
sonstigen Räumen.
An den Messstellen Obríství und Decín kam es in unterschiedlichem Grad zu einer Erhöhung
der Konzentrationen von Eisen, Mangan, Arsen, Aluminium, Blei und Chrom. Bei Kupfer und
Zink blieb die Gewässergüte praktisch unverändert. Über den zulässigen Immissionsgrenzwert
stieg nur die Konzentration von Eisen an der Messstelle Decín. Mit Ausnahme von Blei, das
insbesondere an der Messstelle Obríství eine mehrfache Erhöhung der Konzentrationen
aufwies, wurden bei keinem der weiteren erwähnten Parameter Werte ermittelt, die die Maxima
der vergangenen zwei Jahre überschritten. Der eine Extremwert von 87,1 µg/l, der bei Blei an
der Messstelle Obríství ermittelt wurde, kann mit der Freisetzung einiger Stoffe aus der Firma
Spolana Neratovice zusammenhängen. Es ist aber zu bemerken, dass der zulässige Immissionsgrenzwert
von 100 µg/l nicht erreicht wurde.
An der Messstelle Obríství wiesen der gelöste organische Kohlenstoff (DOC) und die Silikate
(SiO 2 ) gegenüber den Standarduntersuchungen etwas erhöhte Werte auf. Beim Cadmium hatte
eine Probe vom 23.08.2002 einen etwas höheren Wert. Bei den Parametern der spezifischen
organischen Stoffe wurden erhöhte Konzentrationen bei Cis-1,2-dichlorethylen, Tetrachlorme-
103

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
than, Benzen, Toluen, Xylen, Chlorbenzen, 1,2,4-Tri-chlorbenzen, Trichlorethylen, Tetrachlorethylen,
α-HCH, γ-HCH, p,p-DDE, Desethylatrazin und Hexazinon gemessen. Mit Ausnahme
von Cis-1,2-dichlorethylen und Trichlorethylen überschritten die erhöhten Konzentrationen die
zulässigen Immissionsgrenzwerte für sonstige Oberflächengewässer nicht. Eine Überschreitung
des zulässigen Grenzwertes wurde nur in einer Wasserprobe mit 460 % bei Cis-1,2-
dichlorethylen und 200 % bei Trichlorethylen nachgewiesen.
Gegenüber den Werten der Standarduntersuchungen wiesen an der Messstelle Decín ferner
DOC, Nitrit-Stickstoff, die Silikate, Desethylatrazin, Hexazinon und die Kresole erhöhte Werte
auf. Außer beim Nitrit-Stickstoff überschritten die Werte die zulässigen Immissionsgrenzwerte
nicht. Bei PCB und Benzo(a)pyren wurden die zulässigen Immissionsgrenzwerte überschritten,
wobei allerdings auch die Werte der laufenden Standardüberwachung mitunter eine ähnliche
Überschreitung aufweisen.
Neben den Wasserproben wurde während des Hochwassers auch die Beschaffenheit der
frischen Flusssedimente im Umfang der meisten im Rahmen des Internationalen Messprogramms
der IKSE standardmäßig zu überwachenden Parameter untersucht. Ähnlich wie beim
Wasser ist es bei den Sedimenten zu keinem deutlichen Anstieg der Konzentrationen der untersuchten
Parameter gekommen. Im Vergleich zur Standardüberwachung leicht erhöhte Befunde
waren z. B. bei den Parametern AOX, Toluen, Naphthalen, den polyaromatischen Kohlenwasserstoffen
und einigen PCB-Kongeneren zu beobachten. Die Bewertung ihrer Belastung
erfolgte auf der Grundlage der Methodischen Anleitung des Umweltministeriums (Verordnungsblatt
des Umweltministeriums der Tschechischen Republik 2/1996). Im Unterschied zur
Wasserphase wurden in den Sedimenten keine erhöhten Bleibefunde nachgewiesen. Neben
Elbesedimenten wurden auch Proben von Überschwemmungsgebiete analysiert.
Am wichtigsten Nebenfluss der Elbe, der Moldau, erfolgten die Untersuchungen im ähnlichen
Umfang wie an der Elbe selbst. An der Probenahmestelle Zelcín an der Unteren Moldau waren
bei den Mineralölen (nichtlösbare extrahierbare Stoffe) erhöhte Befunde zu beobachten, sowie
durch das Ausspülen einer Vielzahl von kommunalen Kläranlagen erhöhte Befunde der fäkalcoliformen
Belastung. Die Werte für gelösten Sauerstoff hingegen waren verringert.
Die Wassergütemessstationen spielten leider bei dem Hochwasser in den betroffenen
Abschnitten der Moldau und der Elbe keine wichtige Rolle. Die Messstationen Obríství (Elbe)
und Zelcín (Moldau) standen unter Wasser und wurden schwer beschädigt. Die Messstation
Decín (Elbe) wurde außer Betrieb gesetzt und teilweise evakuiert. Diese Messstation spielte
eine positive Rolle nur in der Zeit nach dem Wasserstandrückgang, da sie schnell nach der
Wiederaufnahme der Stromversorgung in Betrieb gesetzt wurde, so dass es möglich war, die
Elbewassergüte nach dem Hochwasserrückgang kontinuierlich zu beobachten.
Während des Hochwassers wurde die Problematik der Dioxin-Gefahr aus Spolana Neratovice
in den Medien intensiv diskutiert. Diese Stoffe sind Altlasten in zwei Objekten im Gelände von
Spolana Neratovice. Unser Labor hat keine analytische Möglichkeiten für PCDD/F- und dioxinähnlichen
PCB-Bestimmungen. Erreichbaren Informationen nach wurde die Verschlechterung
der Elbewasser- und Elbesedimentgüte nicht bewiesen, wobei Proben von mehreren tschechischen
und deutschen Laboren analysiert wurden. Nach deutschen Ergebnissen konnte z.B. die
Wasserkontamination im Messprofil Obríství (unterhalb Spolana) niedrig eingestuft werden
(ca. 2-3 mal niedriger als das Niveau im Grenzprofil Hrensko - Schmilka). Grundsätzlich ist für
eine Ergebniseinschätzung in Betracht zu ziehen, dass die Proben während des auflaufenden
Hochwassers entnommen wurden und somit eine deutliche Verdünnung der Schadstoffe im
Wasserkörper widerspiegeln.
104

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Zusammenfassung
Während der Hochwassersituation vom 16.08. bis zum 10.09.2002 kam es an der Elbe bei einer
Reihe von Gewässergüteparametern zu einer Erhöhung der Konzentrationen, jedoch nur bei
wenigen Parametern, und nur vereinzelt überschritten die Messwerte die zulässigen Immissionsgrenzwerte
oder wurden höhere Konzentrationen über den Werten der Standarduntersuchungen
in den vorhergehenden zwei Jahren festgestellt.
Die erhöhten Konzentrationen bei den Parametern der klassischen organischen Belastung
wurden hauptsächlich durch Auswaschungen aus Feldern und bebauten Flächen sowie durch
das Ausspülen von Kanalisationssystemen der Städte und Gemeinden verursacht. Die erhöhten
Konzentrationen einiger Schwermetalle und höherchlorierter Kohlenwasserstoffe (PCB, PAK,
HCH u. a.) wurden wahrscheinlich durch die Freisetzung aus alten Flusssedimenten verursacht.
Die erhöhten Konzentrationen einiger Pestizidstoffe kann man den Auswaschungen von
chemisch behandelten landwirtschaftlichen Flächen zuschreiben. Zur Belastung des Elbewassers
mit nicht-gelösten extrahierbaren Stoffen, kurzzeitig bis über den zulässigen Immissionsgrenzwert,
trugen hauptsächlich Mineralöle bei, die aus unzureichend gesicherten
Lagerobjekten, die sich in den Überschwemmungsgebieten befanden, freigesetzt wurden. Die
erhöhte Belastung bei den Parametern der flüchtigen organischen Stoffe und beim Ammonium-
Stickstoff an der Messstelle Obríství wurde durch die Freisetzung oder das Ausspülen dieser
Stoffe aus der Firma Spolana Neratovice verursacht.
Auf der Grundlage der Messungen und Auswertungen kann man konstatieren, dass die während
des Hochwassers vorübergehend verschlechterte Wasserbeschaffenheit der tschechischen Elbe
kein erhöhtes Risiko für eine Gefährdung der Gesundheit der Menschen und des Lebens der
Wasserorganismen bedeutete. Auch bei den Sedimenten wurde nicht ermittelt, dass Belastungswerte
erreicht worden sind, die einen negativen Einfluss auf die Gesundheit des Menschen und
einzelne Umweltkomponenten haben können.
Wir können auch konstatieren, dass die zuständige fachliche Institutionen einschließlich Labors
die schwere Situation bewältigten und auch in der Hochwasserzeit an der Moldau und an der
Elbe ausreichende Menge von Wassergüte- und Sedimentgütedaten besorgten. Die Labordaten
wurden von Wassergüteexperten durchlaufend bearbeitet und bewertet. Diese bewertete Daten
wurden nicht nur für die fachlichen Institutionen, Staatsverwaltung und Hochwasserkommissionen,
sondern auch im Internet veröffentlicht. Trotzdem wurden in dieser schweren Zeit einige
Defizite offenbar, z.B. die beschränkten Möglichkeiten der gegenseitigen Kooperation und der
direkte Informationsaustausch zwischen beteiligten Laboren und fachlichen Institutionen oder
die Notwendigkeit von umfassender Improvisation. Für die Zukunft scheint es wünschenswert,
eine gemeinsame Strategie für einen koordinierten einheitlichen Arbeitsplan für Gewässergütesonderuntersuchungen
im Elbeeinzugsgebiet und für die direkte Kommunikation und den
gegenseitige Datenaustausch zwischen den beteiligten Institutionen in der Zeit der außerordentlichen
Situationen (wie z.B. Hochwasser, Wassergütestörfalle, …) auf nationalem und
internationalem Niveau zu erstellen.
105

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Schadstoffe im landwirtschaftlich genutzten Überflutungsbereich -
Forschungsbedarf
Ralph Meissner 1 , Karsten Grunewald 2 , Frank Krüger 3 , Heike Petzoldt 4 , René Schwartz 5
1 UFZ-Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH, Sektion Bodenforschung, Dorfstr. 55,
39615 Falkenberg, Tel 039386/971-13, Fax 039386/971-16, meissner@lysi.ufz.de
2 Technische Universität Dresden, Institut für Geographie, Lehrstuhl Landschaftslehre/Geoökologie,
01062 Dresden, Tel 0351/463-33260, Fax 0351/4633-7860, kg3@rcs.urz.tu-dresden.de
3 ELANA Boden Wasser Monitoring, Dorfstr. 55, 39615 Falkenberg, Tel 039386/97121, Fax 039386/97116,
krueger@lysi.ufz.de
4 DVGW-Technologiezentrum Wasser, Außenstelle Dresden, Scharfenberger Str. 152, 01139 Dresden,
Tel 0351/85211-33, Fax 0351/85211-10, petzoldt@tzw-dresden.de
5 Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei, Müggelseedamm 301, 12587 Berlin, Tel 030/
64181-678, Fax - 682, schwartz@igb-berlin.de
Im Teilprojekt 4 des Ad-hoc-Projektes wurde die Keim- und Schwermetallbelastung der Böden
sowie die Schwermetallbelastung der Buhnenfeldsedimente und der Vegetation nach dem
Sommerhochwasser 2002 ermittelt. Die Böden und Sedimente der Elbe können teilweise als
hochgradig belastet angesehen werden. Dabei haben die hier untersuchten Schwermetallgehalte
Indikatorfunktionen für andere Schadstoffe. Böden der Flutrinnen und abflusslosen Senken sind
am stärksten belastet, haben auch als Keimreservoir aufgrund ihrer Hydrologie die stärkste
Bedeutung.
Der zu formulierende Forschungsbedarf ist umfangreich und kann hier nur ausschnittsweise zur
Diskussion gestellt werden.
Auenboden
• Erarbeitung und Prüfung alternativer Nutzungen der Überschwemmungsbereiche
- Dekontamination über nachwachsende Rohstoffe (Weiden/Pappeln) einschl. deren energetischer
Verwendung sowie die Überprüfung der Übertragbarkeit auf vergleichbare
Böden
- Auwaldanpflanzungen, Holzproduktion
• In-situ Bestimmung der Erosionsstabilität ackerbaulich genutzter Böden im Überschwemmungsbereich
(partikulärer Schadstoffeintrag in den Fluss)
• Quantifizierung des ereignisbedingten Stoffrückhaltes in der rezenten Aue und Erarbeitung
des Nähr- und Schadstoffdepots von Überflutungsböden über einen größeren Flussabschnitt
• Bestimmung der Mobilisierbarkeit, Bioverfügbarkeit und biologischen Wirksamkeit von
Schadstoffen
• Bestimmung der Anreicherung von Schadstoffen in der menschl. Nahrungskette (Direktaufnahme
von Schadstoffen durch Weidevieh)
• Erarbeitung der Bedeutung von Aueböden als Keimreservoir (Genreservoir für Resistenzen)
• Erarbeitung eines Bewertungskonzeptes für human- und tierpathogene Keime in Böden
Buhne
• In-situ Bestimmung der Erosionsstabilität feinkörniger Buhnenfeldsedimente
• Quantifizierung des ereignisbedingten Stoffrückhaltes (Hochwasser, Niedrigwasser sowie
Sommer, Winter) in Buhnenfeldern
106

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
• Erarbeitung des Nähr- und Schadstoffdepots in Buhnenfeldern über einen größeren Flussabschnitt.
• Erarbeitung der Bedeutung von Buhnenfeldsedimenten als Keimreservoir (Genreservoir für
Resistenzen)
Isotopengeochemische Untersuchungen zur Grundwassergefährdung durch
organische Schadstoffe in Folge des Flutereignisses
Walter Michaelis, Siegmund Ertl
Institut für Biogeochemie und Meereschemie, Bundesstr. 55, 20146 Hamburg, Tel 040/42838-5001, Fax
040/42838-6347, michaelis@geowiss.uni-hamburg.de
1 Einleitung
Die extremen Niederschlagsereignisse in Mitteleuropa zwischen dem 1. und 13. August 2002
haben insbesondere im Einzugsgebiet der Moldau und im Erzgebirge zu Niederschlagsmengen
geführt, die stellenweise das vierfache der durchschnittlich fallenden Mengen erreichten [1].
Durch diese extremen Niederschläge kam es zu einem Hochwasser in den Einzugsgebieten der
Moldau/Elbe, der Erzgebirgsnebenflüsse und der Mulde. Einträge aus Altstandorten, Altablagerungen
und Deponien kommen daher unter diesen Verhältnissen als mögliche Verursacher
von Grundwasserbelastungen in Betracht.
2 Isotopenuntersuchungen
Grundlagen
Für Prognosen zur Langzeitentwicklung von Schadensfällen durch eingetragene organische
Kontaminanten ist es unerlässlich, die im Untergrund ablaufenden Prozesse (Abbau, Verdünnung,
Sorbtion etc.) so exakt wie möglich zu beschreiben. Vor allem die Unzugänglichkeit des
Aquifers und die Vielfalt der dort vorhandenen potentiellen Reaktionspartner erschweren aber
genaue Aussagen. So ist der Nachweis des mikrobiellen Abbaus im Feld derzeit noch sehr
schwierig. Gegenstand der durchgeführten Untersuchungen sind die Kennzeichnung der durch
das Hochwasser des Raumes Bitterfeld-Wolfen bedingten Schadstoffzirkulation im Grundwasser
und ihrer zeitlichen Veränderung.
Analytik
Für die Extraktion der Wasserproben wurde die SPME-Methode (Solid-Phase-Microextraction)
verwendet [2]. Durch diese Methode sind die flüchtigen Komponenten bis Trichlorbenzol identifizierbar
und deren 13 C-Werte bestimmbar. Die Sedimente wurden mittels Flüssig-Fest-
Extraktion behandelt und die Schadstoffe mittels GC-IRMS (Gaschromatography-Isotope-
Ratio-Mass-Spectrometry) auf ihre 13 C-Werte hin untersucht. Die Messungen erfolgten mit
einer Kopplung eines Thermoquest Trace GCs mit einem Finnigan MAT 250 IRMS.
Probennahmestellen
Es wurden 6 Sedimentproben im Bereich der Mulde und Elbe sowie 10 Grundwasserproben aus
3 stark kontaminierten Bereichen im Raum Bitterfeld Wolfen genommen. Bisher untersucht
wurden die Sedimentprobe aus der Spittelwasseraue und vier Grundwasserproben aus zwei
107

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
-10
Benzol
Toluol
Chlorbenzol
m+p-Chlortoluol
o-Chlortoluol
m-Dichlorbenzol
p-Dichlorbenzol
o-Dichlorbenol
Trichlorbenzol
Naphthalin
-12
B05HB (Bitterfeld)
SW1/01 (Wolfen)
13 C in [‰-VPDB]
-14
-16
-18
-20
-22
SW1A/01 Wolfen)
SW1B/01 (Wolfen)
Sediment Spittelwasser
-24
-26
-28
Abb. 1: 13 C-Werte der Kontaminanten im Bereich Wolfen, Bitterfeld und der
Spittelwasseraue.
verschiedenen Kontaminationsstandorten. Der untersuchte Standort in Wolfen ist das Gelände
der ehemaligen Farbenfabrik. In Bitterfeld wurde das Grundwasser der Safira-Anlage auf die
entsprechenden Schadstoffe hin analysiert.
3 Ergebnisse
Die Hauptkontaminanten im Grundwasser des Raumes Bitterfeld-Wolfen sind die chlorierten
Benzole, die im mg/L-Bereich vorliegen. Hierbei treten besonders die Verbindungen Chlorbenzol
und die drei isomeren Dichlorbenzole in den Vordergrund. Ebenfalls in beachtlichen
Mengen wurde die Verbindung Benzol nachgewiesen. In geringeren Konzentrationen konnten
die drei Isomere des Chlortoluols sowie Trichlorbenzol, Naphthalin und Toluol nachgewiesen
werden.
Die durchgeführten 13 C-Isotopenanalysen an den Kontaminanten der Grundwässer zeigten,
dass die Hauptkontaminanten Chlorbenzol und die drei isomeren Dichlorbenzole (ortho, para
und meta-Dichlorbenzol) in Wolfen und Bitterfeld eine identische 13 C-Signatur besitzen. Die
in geringeren Konzentrationen auftretenden Kontaminanten zeigen ebenfalls nahezu identische
13 C-Isotopengehalte.
Das Ergebnis ist umso erstaunlicher, da die Entfernung zwischen den Grundwassermessstellen
ca. 5 km beträgt. Dies deutet auf eine großflächige Verbreitung einheitlicher Kontaminaten im
Bereich Bitterfeld-Wolfen hin (s. Abb.1). Geht man von einer ähnlichen technischen Produktion
dieser Verbindungen aus, so sollten die 13 C-Werte der technischen Produkte im Bereich
zwischen -20 und -30‰ liegen. Wie aus der Abb. 1 erkennbar ist, zeigen die Hauptkontaminanten
13 C-Werte im Bereich zwischen -20 und -25 ‰.
108

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Eine abschließende Beurteilung, ob diese Differenzen der Isotopenwerte durch aktiven mikrobiologischen
Abbau verursacht sind, kann wegen der geringen Datendichte bisher nicht
gegeben werden [3,4].
Die untersuchten kontaminierten Aquifere sind in der Regel in diesem Bereich anaerob. Hierdurch
können die Verbindungen Benzol [5,6], Chlorbenzol und die isomeren Dichlorbenzole
nicht oder nur in geringem Maße mikrobakteriell abgebaut werden. Dies zeigt sich möglicherweise
auch an den 13 C-Werten der gefundenen Hauptkontaminanten. Bei den übrigen Kontaminanten,
den isomeren Chlortoluolen sowie Toluol sind allerdings stärkere 13 C-
Anreicherungen festgestellt worden. Dies deutet auf einen Bioabbau dieser Verbindungen hin.
Da die Hauptkontaminanten vermutlich keine oder nur geringe Isotopenfraktionierungen
zeigen, können sie als ideale Tracer für die Verbreitung der Schadstoffe im Gelände verwendet
werden.
So zeigen sich in der Sedimentprobe aus den Spittelwasserauen dieselben Hauptkomponenten,
die auch im Bereich Bitterfeld-Wolfen angetroffen wurden. Ebenso ist die isotopische Zusammensetzung
nahezu identisch zu denen im Bereich Bitterfeld-Wolfen. Ein direkter Zusammenhang
der Verunreinigungen im Sediment der Spittelwasserauen scheint daher gegeben.
4 Zusammenfassung
Die 13 C-Signatur der gefundenen Verbindungen in Wolfen, Bitterfeld und in der Spittelwasseraue
sind nahezu identisch. Die in geringerer Konzentration vorkommenden Chlortoluole und
Toluol scheinen im Bereich Bitterfeld und Wolfen einem biologischen Abbau zu unterliegen.
Ob biologischer Abbau der Hauptkontaminanten im Bereich Bitterfeld und Wolfen vorliegt,
kann aufgrund der bisher geringen Anzahl der untersuchten Proben noch nicht abschließend
beurteilt werden.
5 Literatur
[1] Pressemitteilung des deutsche Wetterdienstes zum zeitlichen Verlauf der täglichen Niederschlagsmenge
Europa zwischen 1. und 13. August 2002
[2] Ebert, M.; Steinbach, A.; Michaelis, W.; Dahmke, A.: Carbon isotope fractionation of tetrachloroethene
(PCE) during dehalogenation at zero valent iron and its application for the monitoring of the performance
of PRBs. (2003) submitted
[3] Mancini, S.A.; Lacrampe-Couloume, G. ; Jonker, H. ; van Breukelen, B.M. ; Groen, J.; Volkering, F.;
Sherwood Lollar, B.: Hydrogen isotopic enrichment: an indicator of biodegradation at a petroleum
hydrocarbon contaminated field site (2002) Environ. Sci. Technol. 36, 2464-2470
[4] Drenzek, N.J.; Eglinton, T.I.; Wirsen, C.O.; May, H.D.; Wu,Q.; Sowers, K.R.: The absence and application
of the stable carbon isotope fractionation during the reductive dechlorination of polychlorinated
biphenyls (2001) Environ. Sci. Technol. 35, 3310-3313
[5] Peter A.; Steinbach, A.; Liedl, R.; Ptak, T.; Michaelis, W.; Teutsch, G.: Assessing microbial degradation
of BTEX compounds at field-scale using an integral mass flow rate approach combined with
compound-specific isotope analyses (2003) Contam. Hydrol. accepted
[6] Mancini, S.A.; Ulrich, A.C.; Lacrampe-Couloume, G.; Sleep, B.; Edwards, E.A.; Sherwood Lollar, B.:
Carbon and hydrogen isotopic fractionation during anaerobic biodegradation of benzene (2003) Appl.
Environ. Microbiol. 69, 191-198
109

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Schadstoffe und Radionuklide in urbanen Räumen des Elbe- und
Muldeeinzugsgebietes
Peter Popp 1 , Wolf v. Tümpling 2 , Klaus Freyer 1 , Matthias Lincke 1 , Matthias Schreiber 1 ,
Hanns-Christian Treutler 1 , Rainer Wennrich 1
Umweltforschungszentrum Leipzig Halle GmbH
1 Sektion Analytik Leipzig, Permoserstr. 15, 04318 Leipzig, Tel 0341/235-2408, Fax 0341/235-2625,
popp@ana.ufz.de
2 Sektion Gewässerforschung Magdeburg, Brückstr. 3a, 39114 Magdeburg, Tel 0391/810-9300, Fax 0391/
810-9150, tuempling@gm.ufz.de
1 Zielstellung
Durch die Überschwemmung von Siedlungsbereichen mit belasteten Flusswässern kam es
während des Hochwassers vom August 2002 zu Schlammablagerungen in diesen Gebieten, die
Gefährdungen nicht ausschließen. Ziel der Arbeiten ist es, die festen Ablagerungen der Flut
bzw. Böden in ausgewählten urbanen Nutzungsbereichen, die überflutet waren (insbesondere
Kinderspielplätze, Sportplätze, Erholungs- und Freizeitparks und Kleingärten) zu untersuchen.
Als relevante Parameter wurden Schwermetalle, Arsen, Mineralölkohlenwasserstoffe (MKW),
polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAHs), Organochlorpestizide, polychlorierte
Biphenyle (PCBs) und Radionuklide ausgewählt.
2 Probenahme und Analysenmethoden
Probenahmen erfolgten im Bereich der Elbe in Wehlen, Pirna, Heidenau, Dresden, Riesa,
Belgern, Dessau, Gübs, Magdeburg und im Bereich der Mulden in Glauchau, Rochlitz, Nossen,
Döbeln, Grimma, Eilenburg, Bitterfeld, Raguhn in der Zeit vom 09.12.2002 - 11.06.2003 an
insgesamt 39 Probenahmestandorten, wobei jeweils zehn Einzelproben zu einer Mischprobe
vereinigt wurden. Die Beprobungstiefe wurde nutzungsorientiert festgelegt (Kinderspielflächen,
Wohngebiete, Park- und Freizeitanlagen, Industriebrachen: 0 - 10 cm, Nutzgärten, Ackerflächen:
0-30 cm). Der Probentransport erfolgte unter Kühlung. Einzel- und Mischproben
werden bei -20 °C gelagert. Vor der Analyse wurden die Proben gefriergetrocknet (für die
Bestimmung der Organika) bzw. bei 105 °C getrocknet.
Um Aussagen über die Gesamtkonzentrationen sowie die Bioverfügbarkeit von As und Schwermetallen
zu erhalten, wurden die RFA, die Elution mit Königswasser und eine sequenzielle
Extraktion mit dem dreistufigen BCR-Verfahren /1/ eingesetzt. Bei der sequentiellen Extraktion
sind dabei die im ersten Fraktionierungsschritt mobilisierbaren Gehalte von besonderem Interesse
für die Abschätzung des Gefährdungspotentials.
Für die gammaspektrometrischen Messungen werden HPGe Coaxial Low-Energy Detektoren,
n-type mit einem aktiven Volumen von 39 cm³ und einem Berylliumfenster mit 0,5 mm Dicke
eingesetzt. Die Kalibrierung erfolgt mit einem zertifizierten Referenzmaterial der Internationalen
Atomenergiebehörde.
Die Extraktion von PAHs, PCBs und Organochlorpestiziden aus der Feinkornfraktion < 2mm
erfolgt mit der Beschleunigten Lösemittelextraktion (ASE 200, Dionex); nach den notwendigen
clean-up-Schritten werden die PAHs mittels HPLC und Fluoreszenzdetektion bestimmt, die
Analyse der übrigen Verbindungen erfolgt mit GC/MS. Die Bestimmung des Gehaltes an
MKW wird gaschromatographisch gemäß Entwurf der DIN ISO 16703 durchgeführt.
110

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Zur Qualitätskontrolle der organischen Analytik werden zertifizierte Referenzmaterialien
eingesetzt.
3 Ergebnisse und Diskussion
In Tabelle 1 sind die Probenahmestandorte und die bisherigen Ergebnisse für einige Parameter
(As, Cd, Hg, Benzo(a)pyren und MKW) detailliert wiedergegeben.
In die Untersuchungen wurden drei vom Hochwasser nicht betroffene Standorte einbezogen:
eine stark befahrene Straße in Leipzig (Permoserstraße), ein in Nähe der überfluteten Flächen
gelegenes Gartenland (Glauchau, Erlensteig) und Teile der Kleingartenanlage Dresden-Leuben.
Hier war der günstige Fall gegeben, dass der tiefergelegene Teil der Anlage überflutet, der
höhergelegene von der Flut unbeeinflusst war und beide Teile der Anlage in die Untersuchungen
einbezogen werden konnten.
Die As- und Cd-Konzentrationen liegen im Bereich beider Mulden und nach dem Zusammenfluß
von Mulde und Elbe deutlich höher als die Konzentrationen im Einzugsbereich der Elbe
(Wehlen, Pirna, Dresden, Riesa). An einigen Standorten werden Prüfwerte 1 für As überschritten.
Das betrifft insbesondere Spielplätze und Kleingärten sowie (gravierend) den Sportplatz
in Nossen. Bezüglich Cd tritt keine Überschreitung der Prüfwerte 1 auf. Die Glauchauer
Proben und die der Dresdener Kleingartenanlage, bei denen die As- und die Cd-Werte im überfluteten
und nichtüberfluteten Bereich nahezu identisch sind, belegen aber, dass die Einträge
nicht unbedingt durch das Hochwasser 2002 verursacht wurden.
Die Hg-Konzentrationswerte liegen an keiner Stelle über den Prüfwerten 1,2 .
Die Überschreitung des Prüfwertes 2 von 1 mg/kg für Benzo(a)pyren betreffen in zwei Fällen
Gartenanlagen, bei denen auf Grillaktivitäten geschlossen werden kann (es wurden Holzkohlereste
in den Bodenproben gefunden); unklar bleiben die relativ hohen Konzentrationswerte am
Kindergarten Bussi Bär in Döbeln. Insgesamt dürften die PAH-Konzentrationen kaum vom
Hochwasser beeinflusst sein. Erhöhte Werte sind in der Regel an dichtbefahrenen Straßen und
in Gartenanlagen festzustellen.
Für die Bewertung der MKW-Gehalte gilt die abfallrechtliche Einstufung von Bodenaushub
nach der LAGA. Danach bewegen sich die gemessenen Konzentrationswerte im Bereich
zwischen uneingeschränkten Einbau (

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Tabelle 1: Konzentrationen von As, Cd, Hg, Benzo(a)pyren und Mineralölkohlenwasserstoffen an den
Probenahmestellen im in urbanen Bereichen
Standort
As
(mg/kg)
Cd
(mg/kg)
Hg
(mg/kg)
Benzo(a)-
pyren
(mg/kg)
MKW
(mg/kg)
Dessau-Waldersee, Spielplatz Schule 10,9

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Tabelle 2: Verteilung von As und Schwermetallen in den Fraktionen des BCR-Verfahrens
Element 1. Fraktion 2. Fraktion 3. Fraktion Residualfraktion
[% vom Totalgehalt]
Chrom 5 bis 10 5 bis 10 ca. 25 50 bis 60
Nickel ca. 10 ca. 10 ca. 10 70 bis 80
Zink 20 bis 25 20 bis 30 10 bis 20 25 bis 35
Arsen 20 bis 30 20 bis 30 ca. 10 40 bis 50
Kupfer ca. 20 ca. 20 ca. 50 25 bis 35
Blei 1 bis 10 60 bis 80 ca. 10 10 bis 20
Cadmium 40 bis 60 30 bis 50 ca. 5 bis 10
Zinn nahezu 100
Das großflächige Mittel der Uran-Konzentration liegt bei ca. 2,5 mg/kg, die natürliche Variation
erstreckt sich bis zum Faktor 10, so dass die im Muldebereich (Rochlitz) und in Bitterfeld
gemessenen höheren Konzentrationen zwar möglicherweise durch das Hochwasser hervorgerufen
sind, aber auf keine strahlenschutzrelevanten Gefährdungen schließen lassen. Grundlage
für die Abschätzung einer Gefährdung durch Radionuklide ist die Strahlenschutzverordnung
(StrSchV) vom 20.07.2001. Allerdings enthält diese Verordnung keine Grenzwerte für Radionuklidkonzentrationen
im Boden. Bezugsgröße ist hier die Dosis, die sich aus der Radionuklidkonzentration
sowie typischen Expositionsszenarien (Aufenthaltsdauer, Inkorporation,
Inhalation) ergibt.
Die gemessenen Thoriumwerte zeigen keinerlei Auffälligkeiten.
Tabelle 3: Uran- und Thoriumkonzentrationen in Stadtböden
Probenahmestandort
Uran
(mg/kg)
Thorium
(mg/kg)
Bitterfeld, Alte Flutbrücke (Ödland, unweit Goitsche) 12,0 0,6 9,0 0,7
Rochlitz, KGA Am Klinkborn 14,8 0,8 11,9 1,4
Rochlitz, Stadtbad 19,5 3,2 10,7 1,9
Rochlitz, Sportplatz Insel 8,8 0,9 11,3 0,7
Glauchau, KGA Glauchau-Jerisau 6,7 0,7 10,3 0,8
Glauchau, Spielplatz Jerisau 5,7 0,9 11,3 0,9
Glauchau, Gartenland Erlensteig, nicht überflutet 6,9 0,9 13,0 1,0
Heidenau, KGA An der alten Schmiede 5,2 0,8 11,0 1,0
4 Zusammenfassung
Die bisherigen Ergebnisse der Analysen von Proben aus urbanen Nutzungsbereichen zeigen,
dass im Bereich beider Mulden und der vereinigten Mulde bezüglich des Arsens die Prüfwerte
für die direkte Aufnahme von Schadstoffen auf Kinderspielplätzen und Freizeitanlagen an
mehreren Stellen überschritten werden. Da in Glauchau ein nicht überfluteter Standort ähnlich
hohe As-Gehalte aufweist wie die überfluteten Flächen, ist nicht eindeutig belegbar, dass das
Hochwasser von 2002 diese erhöhten Konzentrationswerte verursachte. Die Hg-Konzentrationen
liegen an allen Standorten deutlich unter den Prüfwerten 1 . Die MKW-Konzentrationen
sind im Bereich der Mulden leicht erhöht, desgleichen die Uran- und Thoriumkonzentrationen.
Die teilweise hohen PAH-Werte korrelieren nicht mit dem Augusthochwasser sondern sind in
erster Linie durch das individuelle Grillen in den Kleingärten oder Verkehrseinträge verursacht.
113

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Literatur
/1/ BCR SEQUENTIAL EXTRACTION PROCEDURE aus: BCR Information, Reference Materials,
Report EUR 19775 EN: The certification of the extractable contents (mass fractions) of Cd, Cr, Cu, Ni,
Pb, and Zn in freshwater sediment following a sequential extraction procedure, BCR-701.
1
Prüfwerte nach §8 Abs. 1 Satz 2 Nr.1 des Bundes-Bodenschutzgesetzes für die direkte Aufnahme von
Schadstoffen auf Kinderspielplätzen, in Wohngebieten, Park- und Freizeitanlagen und Industrie- und
Gewerbestücken
2
Prüf- und Maßnahmewerte nach §8 Abs. 1 Satz 2 Nr.1 und 2 des Bundes-Bodenschutzgesetzes für den
Schadstoffübergang Boden-Nutzpflanze auf Ackerflächen und in Nutzgärten im Hinblick auf die Pflanzenqualität
Schadstoffbelastungen im Mulde- und Elbe-Einzugsgebiet nach dem
Augusthochwasser 2002
Günter Rank, Kati Kardel, Werner Pälchen, Annia Greif
Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie, 09599 Freiberg, Halsbrücker Str. 31a; Tel 03731/294-
224, Fax 03731/22918, guenter.rank@lfug.smul.sachsen.de
1 Böden
Im Rahmen der Umweltmessnetze des Sächsischen Landesamtes für Umwelt und Geologie
(LfUG) wurde vor ca. 10 Jahren ein Bodenmessprogramm konzipiert (OSSENKOPF &
PÄLCHEN, 1992), um flächendeckend für Sachsen die Arsen- und Schwermetallbelastung der
Böden beurteilen zu können. Mit den in Sachsen und nutzungsunabhängig erhobenen Rasterdaten
4 km x 4 km wurde der Grundstock für eine landesweite Übersichtsdarstellung der Arsenund
Schwermetalle sächsischer Böden gelegt (RANK et al., 2000). Mitte der 90er Jahre wurde
begonnen die Datenbasis in den sächsischen Bergbau- und Hüttenzentren (Raum Freiberg,
Ehrenfriedersdorf, Schneeberg) mit den sog. Sondermessnetzen systematisch zu verbessern.
Ende der 90er Jahre startete das Auenuntersuchungsprogramm des LfUG, welches i. W. die
Untersuchung anorganischer Stoffe in den Auenböden des Muldensystems und der Elbe
umfasst. Auf Catenen quer zur Fließrichtung des Flusses erfolgt eine bodenkundliche Profilaufnahme
sowie eine horizontbezogene Beprobung (Oberboden/Unterboden). Der Abstand der
Catenen beträgt ca. 1 km, kann aber durch die wechselnde Morphologie teilweise stark variieren.
Durch die Übernahme und Einbeziehung weiterer Daten aus anderen Behörden, Hochschulund
Forschungseinrichtungen sind jetzt im LfUG ca. 12.000 Analysen von Oberbodenproben
und ca. 6.000 Analysen von Unterbodenproben verfügbar. Mit diesem Datenbestand erfolgte
eine Neubearbeitung der Geochemischen Übersichtskarten von Sachsen im Maßstab 1:400 000
(Abb. 1).
Die Schwerpunkte der Stoffbelastungen befinden sich in den erzgebirgischen Bergbaugebieten.
Über Verwitterungsprozesse und den Stofftransport über die Vorfluter werden vor allem As, Cd
und Pb in den Auenböden akkumuliert. Besonders betroffen sind dabei die Auenböden des
Muldensystems einschließlich der Zschopau, in deren Einzugsgebieten sich alle größeren
erzgebirgischen Bergbaugebiete befinden.
Für die bereits vorliegenden Analysen der Auenuntersuchungen wurde zunächst eine Punktdarstellung
für die Elementgehalte gewählt (Abb. 1). In Abb. 2 sind als Übersichtskarte jene
114

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Tab. 1: Systematische Bodenuntersuchungen im Landesamt für Umwelt und Geologie
Jahr bzw. Abschluss
Untersuchungsart Region Anzahl Proben-
Standorte
1993 bis 1997 Bodenmessnetz Raster FS Sachsen, Bodenatlas
1.160
4 x 4 km
1999/2000
1993 bis 1997 Bodenmessnetze
Raster 1 x 1 km
Zittau, Zwickau, Ehrenfriedersdorf,
Radebeul, Borna
1.200
2000 Sondermessnetze
Ehrenfriedersdorf 540
2001 Bergbaugebiete
Freiberg 2.000
2002
Schneeberg – Aue – Schwarzenberg
- Johanngeorgenstadt
350
2001 Catenen in Auen
Elbe (Nord) 600
2001 Vereinigte Mulde 700
2002 Zschopau 100
2002/2003 Freiberger Mulde 400
2003
Zwickauer Mulde 700
Flächen schematisch dargestellt, auf denen mindestens ein Prüf- oder Maßnahmenwert der
Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) im Oberboden überschritten
wird.
2 Flusssedimente (stream sediments)
Im Zusammenhang mit der Suche und Erkundung von Erz- und Spatlagerstätten im Erzgebirge/
Vogtland erfolgten großflächige Untersuchungen an Sedimenten der Fließgewässer
(PÄLCHEN et al., 1982), die im Rahmen eines BMBF-Vorhabens ergänzt wurden (GREIF &
PÄLCHEN, 1998). In Sachsen liegen damit etwa 11.000 Analysen von Bachsedimenten vor
(Abb. 3; GREIF et al., 2003), die zur Beurteilung der stofflichen Belastungen unserer Vorfluter
sowie der Auenböden herangezogen werden können (Tab. 2).
Die in Tab. 2 angeführten Werte charakterisieren jeweils das gesamte Einzugsgebiet (Vereinigte
Mulde nur sächsischer Anteil). Aus untersuchungsmethodischen Gründen wird das aktive
Sediment des Flusses selbst nicht widergespiegelt.
3 Auenböden, Schlämme des Hochwassers 2002
Die nach dem Augusthochwasser 2002 abgelagerten Sedimenten wurden zunächst stichprobenartig
beprobt und analysiert. Die As- und Pb-Gehalte (Medianwerte) der Schlämme liegen, mit
Ausnahme Freiberger Mulde, in der Größenordnung der Auenböden (Tab. 3). Die Cd-Gehalte
der Schlämme (Medianwerte) weisen grundsätzlich etwas höhere Gehalte als die Auenböden
(Oberboden, Medianwerte) auf.
Die Sedimentablagerungen des Hochwassers 2002 der Freiberger Mulde weisen extrem hohe
As-, Pb- und Cd-Gehalte auf. Die Ursachen dafür sind i. W. in der Aus- und Abspülung von
Halden und dem Austrag von Schlämmen aus Altbergbauanlagen zu suchen. So wurden z. B.
im Bereich der Schlackenhalden in Muldenhütten b. Freiberg ca. 6.300 t, und aus dem Flussbett
der Freiberger Mulde in diesem Bereich ca. 2.300 t abgetragen.
115

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Abb 1: Arsen im Oberboden, Gesamtgehalte
116

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Abb. 2: Übersichtskarte zur Überschreitung von Prüf- und Maßnahmenwerten, Pfad Boden-Mensch, Boden-Nutzpflanze
117

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Abb. 3: As im Bachsediment, Fraktion

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Tab. 2: Stoffgehalte in Flusssedimenten Sachsens (stream sediments), Fraktion

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Tab 3: Stoffgehalte in Hochflutschlämmen 2002 und Oberbodenproben sächsischer Auen
(Daten LfUG, LfL, LRÄ u. a. Stand 01/2003)
Fluss
S-Schlamm
A-Oberboden
Element
Probenzahl
Minimum Maximum arithm.
Mittel
P 50
Median
Zwickauer Mulde_S_As 27 23 230 101 95 180
Zwickauer Mulde_A_As 27 20 159 88 92 149
Zwickauer Mulde_S_Cd 26 0,88 13 4,9 3,6 12
Zwickauer Mulde_A_Cd 21 1,0 7,7 3,6 3,2 7,2
Zwickauer Mulde_S_Pb 26 23 370 98 89 150
Zwickauer Mulde_A_Pb 21 47 177 96 96 129
Vereinigte Mulde_S_As 29 16 430 161 140 330
Vereinigte Mulde_A_As 651 0,50 821 147 126 271
Vereinigte Mulde_S_Cd 29 0,65 22 6,8 5,0 14
Vereinigte Mulde_A_Cd 643 0,20 35 7,3 4,4 18
Vereinigte Mulde_S_Pb 29 37 787 302 257 673
Vereinigte Mulde_A_Pb 643 5,3 1850 331 286 680
Zschopau_S_As 27 20 159 88 92 149
Zschopau_A_As 110 16 1000 248 180 539
Zschopau_S_Cd 21 1,0 7,7 3,6 3,2 7,2
Zschopau_A_Cd 91 0,06 4,2 0,88 0,62 1,8
Zschopau_S_Pb 21 47 177 96 96 129
Zschopau_A_Pb 91 24 770 100 89 160
Freiberger Mulde_S_As 59 36 3800 690 480 1800
Freiberger Mulde_A_As 105 8,7 860 186 118 449
Freiberger Mulde_S_Cd 57 0,20 69 13 9,3 30
Freiberger Mulde_A_Cd 98 0,14 37 3,6 1,7 9,0
Freiberger Mulde_S_Pb 57 54 5600 1280 803 3360
Freiberger Mulde_A_Pb 98 24 1970 443 300 1100
Freiberger Mulde_S_Hg 23 0,19 6,9 1,4 1,1 2,4
Freiberger Mulde_A_Hg 26 0,06 2,1 0,61 0,46 1,7
Elbe_S_As 40 4,6 276 41 22 74
Elbe_A_As 605 2,0 120 24 20 44
Elbe_S_Cd 26 0,27 7,7 2,3 2,0 5,6
Elbe_A_Cd 568 0,08 6,0 1,4 0,74 3,7
Elbe_S_Pb 26 47 340 106 96 170
Elbe_A_Pb 568 10 290 67 54 130
Elbe_S_Hg 40 0,02 31 1,5 0,53 1,0
Elbe_A_Hg 594 0,03 23 0,73 0,33 1,9
P 90
120

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Schwermetalle in Auenböden der Elbe - ihre Verbreitung, Mobilitäten,
Bindungsformen und ihr Transfer in Nutzpflanzen
Jörg Rinklebe
Sektion Bodenforschung, UFZ Umweltforschungszentrum Leipzig - Halle GmbH, Theodor-Lieser-Str. 4,
06120 Halle/Saale, jrinkleb@bdf.ufz.de
1 Einleitung und Problem
Die Auenböden der Elbe sind gegenwärtig aufgrund der aktuellen extremen Hochwasserereignisse,
ihres stofflichen Belastungszustandes sowie durch geplante Retentionsflächenerweiterungen
(Deichrückverlegungen) und die damit im Zusammenhang stehenden ökologischen
Fragestellungen in den Blickpunkt des Interesses gerückt.
Auenböden der Elbe weisen teilweise stark erhöhte Arsen- und Schwermetallkonzentrationen
auf, wie sich u.a. am Rande der Verbundprojekte "Übertragung und Weiterentwicklung eines
robusten Indikationssystems für ökologische Veränderungen in Auen" (RIVA)(Rinklebe et al.,
2001) und "Rückgewinnung von Retentionsflächen und Altauenreaktivierung an der Mittleren
Elbe in Sachsen-Anhalt" (Altermann et al., 2001) zeigte, deren Ergebnisse die bodenkundlichen
Grundlagen für vorliegende Arbeiten schufen. Aufgrund ihrer hohen Heterogenität finden sich
gleichermaßen Schwermetall- und Arsenkonzentrationen unterhalb der Vorsorge- und oberhalb
der Maßnahmenwerte nach BBodSchG (1998) bzw. seiner Verordnung (BBodSchV,
1999)(Rinklebe et al., 1999, 2000a; Rinklebe et Neue, 2003). Eine Mobilisierung von Schwermetallen
und Arsen ist potentiell vorhanden, ein Transport in das Grundwasser und ein Transfer
in Nutzpflanzen sind zu erwarten. Ein Stofftransport in die Nahrungskette kann nicht ausgeschlossen
werden. Somit besteht eine potentielle Gefährdung und ein hinreichender Verdacht
auf schädliche Bodenveränderungen nach § 9 Abs. 2 BBodSchG. Detailuntersuchungen nach §
2 Abs. 4 BBodSchG sind nötig. Über das Mobilitätsverhalten von As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn
und Hg, deren zeitlicher Dynamik und deren Bindungsformen in Auenböden bestehen jedoch
erhebliche Kenntnislücken. Deshalb wurde das Projekt "Gefahrenabschätzung für Grundwasser
und Nutzpflanzen bei erhöhten Gehalten von Cadmium, Zink, Kupfer, Chrom, Nickel, Blei,
Quecksilber und Arsen in Auenböden der Elbe" konzipiert.
2 Auenbodenformen und Schwermetalle
Vegen aus Auenlehmen sind die meist verbreiteten Böden in Auen. Sie sind kennzeichnend für
höhergelegene Flussterrassen. An der Elbe weisen solche Böden im Vergleich zu anderen
Bodenformen i.d.R. geringere Schwermetallkonzentrationen auf. Gleye aus Auenschlufftonen
sind charakteristische Böden der Flutrinnenstandorte in Flußauen, sie sind ca. 6 bis 8 Monate
im Jahr überschwemmt. Tschernitzen aus Auenlehmen (schwarzerdeähnliche Auenböden) sind
auf unteren, flussnahen Niederterrassen weit verbreitet und werden regelmäßig mit Wasserschwankungen
bis zu 5 m überflutet. (Rinklebe et al., 2000b,c).
Auenböden mit erhöhten Arsen- und Schwermetallgehalten sind räumlich determinier- und
abgrenzbar. Die Böden der Niederterrassen (Tschernitzen aus Auenschluffen) sowie die Böden
der Senken, Flutrinnen, Mulden und wannenartigen Vertiefungen (Gleye aus Auenschlufftonen)
weisen die höchsten Schwermetallkonzentrationen auf (Abb. 1).
Die Tschernitzen aus Auenschluffen zeigen im Median die höchsten Cd- und Zn-Konzentrationen
und unterscheiden sich signifikant von den Gleyen aus Auenschlufftonen (Abb. 1). Die
Vegen aus Auenlehmen und die Gleye aus Auenschlufftonen lassen sich statistisch nicht diskriminieren,
da die Heterogenität der Stoffkonzentrationen innerhalb der Bodenformen hoch ist.
Außerdem bewirken Übergänge zwischen beiden Bodenformen eine verminderte Trennbarkeit.
121

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
18
16
14
1800
1600
1400
Cd [mg/kg]
12
10
8
6
4
2
0
N =
21
Vegen aus Auenlehmen
37
7
Tschernitzen aus Aue
Gleye aus Auentonen
Gleye aus Auentonen
Abb. 1: Cadmium- und Zinkkonzentrationen sowie deren Variabilität (Minima, Maxima, Quantile, Mediane)
differenziert nach Auenbodenformen aus drei Gebieten (Steckby, Wörlitz, Sandau) (Methoden- und Standortsbeschreibungen
siehe Franke et al. 1999; Rinklebe et al. 2001)
Zn [mg/kg]
1200
1000
800
600
400
200
0
N =
21
Vegen aus Auenlehmen
14 29
35
7
Tschernitzen aus Aue
Des weiteren sind im Unterlauf der Elbe (UG Sandau) tendenziell die Schwermetallkonzentrationen
höher als im Oberlauf (UG Wörlitz und Steckby)(Franke et al. 1999). Die untersuchten
Schadstoffe verhalten sich tendenziell ähnlich, so lässt sich hinsichtlich der Schwermetallkonzentrationen
in den Bodenformen der untersuchten Auenböden folgende Reihung ableiten:
Tschernitzen aus Auenschluffen > Gleye aus Auentonen = Vegen aus Auenlehmen
Schadstoffkonzentrationen können folglich bei Kenntnis der Verbreitung von Auenbodenformen prognostiziert
werden.
Zur Prognose von Schwermetallkonzentrationen in Auenböden könnte Hilfsweise - bis zum
Vorliegen detaillierter Bodenkarten - der enge Zusammenhang zwischen Geländehöhe und
Bodenform (Stoffkonzentration) genutzt werden. Hierfür sind genaue (z.B. auf der Basis von
Scan- oder Foto-Befliegungen erstellte) topographische Karten notwendig. Diese sind
schneller, einfacher und kostengünstiger als Boden(formen)karten zu erstellen. Ungeachtet
dessen wird mittel- bis langfristig eine flächendeckende und großmaßstäbige bodenkundliche
Erkundung der Auenökosysteme der Bundesrepublik Deutschland und darüber hinaus für
notwenig erachtet.
3 Bindungsformen von Schwermetallen und Arsen
Die Quantifizierung der Bindungsformen von As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb und Zn in Auenböden ist
für eine Mobilitätsprognose von SM wertvoll. Das sequentielle Extraktionsverfahren nach
Zeien et Brümmer (1989) ermöglicht, die an die mobile oder die an die leicht nachlieferbare
Bodenfraktion gebundenen, die in Manganoxide okkludierten, die an die organische Bodensubstanz
adsorbierten, die in amorphe oder kristalline Fe-Oxide okkludierten oder die durch die
residuale Bodenfraktion fixierten Metalle separat zu erfassen. Die Metalle in den ersten vier
Fraktionen sind mobilisierbar oder potentiell nachlieferbar und können bei sich ändernden Milieubedingungen
(z.B. pH-Wert-Absenkung) in die Bodenlösung gelangen. Metalle in amorphen
und kristallinen Fe-Oxiden sowie in residualen Bodenfraktionen werden als immobil angesehen,
da sie kaum an Stoffkreisläufen beteiligt sind.
Cadmium ist das mobilste SM, mehr als 80 % sind im potentiell mobilisierbarem Pool
gebunden. Arsen ist vorrangig an die organische Bodensubstanz und an amorphe Fe-Oxide
gebunden, ca. 50 % des Arsens sind potentiell mobilisierbar. Gasförmige Freisetzungen sind
122

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
hierbei unberücksichtigt. Zink verteilt sich in den Tschernitzen aus Auenschluffen relativ
gleichmäßig auf alle Fraktionen, ca. 50 % sind im potentiell mobilisierbarem Pool gebunden. In
den Gleyen aus Auenschlufftonen sind bis zu 10 % mobil, ansonsten ist Zn präferentiell in
amorphe und kristalline Fe-Oxide und die Residualfraktion okkludiert. Cd und Ni werden bei
niedrigen pH-Werten mobilisiert und können in die Bodenlösung gelangen, weshalb eine potentielle
Gefährdung für Grundwasser und Pflanzen nicht auszuschließen ist. Cu und Pb sind mobilisierbar
und können bei Milieuänderungen aus der organischen Bodensubstanz freigesetzt
werden und in die Bodenlösung gelangen. Cr verhält sich immobil im Boden, weshalb von
diesem Element eine sehr geringe Gefährdung ausgeht. (Overesch, 2002; Rinklebe et al., 2002).
4 Mobile Schwermetalle in der Bodenlösung
Die Schwermetalle in der Bodenlösung unterliegen aufgrund des Wechsels zwischen Trockenheit
und Überflutung einer enorm hohen Dynamik. Bis zu 98 % der zeitlichen Variabilität der
mobilen Schermetalle in der Bodenlösung im Freiland sind mittels multiblen Korrelationen von
Bodenparametern nachweis- und quantifizierbar. Der Einfluß von gelöstem organischem
Kohlenstoff (DOC), Bodenfeuchte und pH-Wert dominiert und könnte zur Prognose der Mobilisierung
von Cd und Zn genutzt werden.
5 Schwermetallen und Arsen im bodennahen Grundwasser
Bei Arsen, Blei, Nickel und Cadmium treten teilweise Grenzwertüberschreitungen nach der
TRINKWASSERVERORDNUNG (TVO)(2001) auf, so dass ein weiteres Monitorring dringend
notwendig ist. Nach der vorliegenden Datenlage und dem bisherigen Kenntnisstand
scheint durch die erhöhten Gehalte von Quecksilber, Chrom, Zink und Kupfer in Auenböden
der Elbe hingegen keine akute Gefahr im Sinne der TRINKWASSERVERORDNUNG
(TVO)(2001) für das bodennahe Grundwasser zu bestehen. (Rinklebe et Neue, 2003).
6 Schwermetalle und Arsen in Pflanzenarten
Abb. 2 und 3 zeigen exemplarisch die Arsen- und Cadmiumkonzentrationen in Wiesenfuchsschwanz
(Alopecurus pratensis), Gemeinem Beifuß (Artemisia vulgaris), Gemeiner Quecke
(Elymus repens), Rohrglanzgras (Phalaris arundinacea) und Großer Brennessel (Urtica dioica)
auf einer Tschernitza aus Auenschluff in Wörlitz zum zweiten Erntetermin (Sommer).
Das Wiesenfuchsschwanzgras ist eine im Auengrünland häufig bestandesbildende, weit
verbreitete Pflanze, welche eine hohe Futterqualität besitzt. Alopecurus pratensis weist die
höchsten Arsenkonzentrationen der untersuchten Pflanzenarten auf (Abb. 2). Artemisia vulgaris
hingegen scheint präferenziell Cadmium zu akkumulieren (Abb. 3).
7 Schwermetalle im Grünlandaufwuchs
Im Grünlandaufwuchs der Böden mit erhöhten Schwermetall- und Arsenkonzentrationen liegen
die Cd-, Hg- und As- Gehalte teilweise über den Grenzwerten der Futtermittelverordnung
(beispielhaft Abb. 4).
Ungewaschene Proben zeigen in der Regel im arithmetischen Mittel höhere Elementgehalte als
gewaschene. Insbesondere am Standort P1 sind die Cd-Gehalte in den ungewaschenen Proben
stark gegenüber den gewaschenen Proben erhöht (Abb. 4).
8 Konsequenzen - Forschungs- und Handlungsbedarf:
• Monitorring in Boden, Wasser und Pflanzen
123

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
• Erforschung steuernder Prozesse im Labor (z.B. bei variierenden Redoxbedingungen) und
im Gewächshaus (z.B. Boden-Pflanze-Transfer)
• bodenkundliche Feinkartierung von Auenböden zur Prognose der Schadstoffverteilung
(Gefahrenabschätzung lt. BBodSchG bzw. BBodSchV)
• Bioverfügbarkeitstests
• Überwachung der Fleischqualität in Nutztieren
• Beweidung/ Mahd auf Böden der Niederterrassen (Tschernitzen aus Auenschluffen) sowie
auf Böden der Senken, Flutrinnen und Mulden (Gleye aus Auenschlufftonen) ist aufgrund
erhöhter Arsen- und Schwermetallgehalte präventiv nicht zu empfehlen
• Prüfung zur Überführung der Standorte mit erhöhten Schadstoffgehalten in andere Nutzungsformen
(z.B. Wald, naturnahe Biotope)
Die Standorte der schwermetallbelasteten Böden der Niederterrassen (Tschernitzen aus
Auenschluffen) eignen sich hervorragend zur Re-Etablierung von naturnahen Auenwäldern an
der Elbe in Sachsen-Anhalt.
3,0
2,5
Grenzwert FMVO
Futtermittelverordnung (2000)
2,0
As [ppm]
1,5
1,0
0,5
0,0
Alopecurus
pratensis
Artemisia
vulgaris
Elymus repens
Phalaris
arundinacea
Urtica dioica
Abb. 2: Arsengehalte [ppm] in Wiesenfuchsschwanz (Alopecurus pratensis), Gemeinem Beifuß (Artemisia
vulgaris), Gemeiner Quecke (Elymus repens), Rohrglanzgras (Phalaris arundinacea) und Großer Brennnessel
(Urtica dioica) zum zweiten Erntetermin (Sommer) auf einer Tschernitza aus Auenschluff in Wörlitz
5,0
4,5
4,0
3,5
Cd [ppm]
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
Grenzwert FMVO
Futtermittelverordnung (2000)
0,0
Alopecurus
pratensis
Artemisia
vulgaris
Elymus repens
Phalaris
arundinacea
Urtica dioica
Abb. 3: Cadmiumgehalte [ppm] in Wiesenfuchsschwanz (Alopecurus pratensis), Gemeinem Beifuß (Artemisia
vulgaris), Gemeiner Quecke (Elymus repens), Rohrglanzgras (Phalaris arundinacea) und Großer Brennessel
(Urtica dioica) zum zweiten Erntetermin (Sommer) auf einer Tschernitza aus Auenschluff in Wörlitz
124

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Cd-Gehalt [mg/ kg]
Standort: T1 T2 T3 P1 G1 G4
3,0
Mittelwert + Standardfehler
Maximum
Mittelwert
Minimum
Mittelwert - Standardfehler
2,5
Grenzwert FMVO (2000)
Grenzwert FMVO
Futtermittelverordnung (2000)
Cadmium
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
nicht
gew.
(1)
gew.
(1)
gew.
(2)
nicht
gew.
(1)
gew.
(1)
gew.
(2)
nicht
gew.
(1)
gew.
(1)
gew.
(2)
nicht
gew.
(1)
gew.
(1)
gew.
(2)
nicht
gew.
(2)
gew.
(2)
nicht
gew.
(1)
gew.
(1)
Abb. 4: Cd-Konzentrationen und deren Variabilitäten in gewaschenen und ungewaschenen Pflanzenmischproben
aus Plots von 1 m 2 bei zwei Mahdterminen und jeweils 4 Replikationen (gew.: gewaschen, (1): Frühjahr,
(2): Sommer)
Die Böden der Senken, Flutrinnen, Mulden und wannenartigen Vertiefungen (Gleye aus
Auenschlufftonen) sind 6 bis 8 Monate im Jahr überstaut, die Futterqualität ist hier deutlich
schlechter als auf den geringer belasteten Hochterrassen der Auenlehmdecke. Außerdem ist hier
die Bewirtschaftung schwieriger, da Mähfahrzeuge an den Hängen nur schwer arbeiten können
und sich festfahren bzw. weidende Tiere im Schlamm einsinken. Diese Böden nehmen relativ
geringe Flächenanteile der Überschwemmungsgebiete ein. Insbesondere diese Standorte
werden aus Naturschutzsicht als besonders wertvoll (Feuchtbiotope) eingeschätzt.
9 Literatur
Altermann, M.; Rosche, O.; Wiechmann, H.; Eisenmann, V. (2001): Zustand und Eigenschaften der Auenböden
sowie deren ökologische Eigenschaften nach Deichrückbau. Endbericht des Teilprojektes 2
Bodenkunde und Ökologie des vom Landesamt für Umweltschutz Sachsen-Anhalt geförderten
Projektes: Rückgewinnung von Retentionsflächen und Altauenreaktivierung an der Mittleren Elbe in
Sachsen-Anhalt" (FKZ: 0339576). 169 S. und Anhang.
BBodSchG - Bundes-Bodenschutzgesetz mit Erläuterungen (1998): In: Holzwarth, F.; Radtke, H.; Hilger, B.;
Bachmann, G. (2000) Bundes-Bodenschutzgesetz/ Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung.
Handkommentar. 2. Aufl., Bodenschutz und Altlasten. Bd. 5. Erich Schmidt Verlag. 47-273.
BBodSchV - Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung mit Erläuterungen (1999): In: Holzwarth, F.;
Radtke, H.; Hilger, B.; Bachmann, G. (2000) Bundes-Bodenschutzgesetz/ Bundes-Bodenschutz- und
Altlastenverordnung. Handkommentar. 2. Aufl., Bodenschutz und Altlasten. Bd. 5. Erich Schmidt
Verlag. 275-448.
Franke, C.; Rinklebe, J.; Heinrich, K.; Neumeister, H.; Neue, H.-U.,; Geyer, S. (1999): Räumliche Verteilung
ausgewählter Bodenkennwerte im Biosphärenreservat "Mittlere Elbe" und Landschaftsschutzgebiet
"Untere Havel". Leipziger Geowissenschaften. 11. 167-174.
FMVO Futtermittelverordnung (2000): Neufassung der Futtermittelverordnung vom 23.11.2000. 133 S.
125

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Overesch, M. (2002): Schwermetalle in Auenökosystemen der Mittleren Elbe - Bindungsformen in Böden
und Gehalte in Pflanzen. Diplomarbeit. Universität Münster. 126 S. und Anhang.
Rinklebe, J.; Franke, C.; Heinrich, K.; Helbach, C.; Meyenburg, G.; Neue, H.U. (2001): Abschlussbericht an
das BMBF. Verbundprojekt: "Übertragung und Weiterentwicklung eines robusten Indikationssystems
für ökologische Veränderungen in Auen" (RIVA). Teilprojekt II.2 - Boden. 73 S. und Anhang.
Rinklebe, J., Franke, C.; Heinrich, K.; Neumeister, H.; Neue, H.-U. (1999): Die Verteilung von Schwermetallen
in Bodenprofilen von Auenböden im Biosphärenreservat Mittlere Elbe. Leipziger Geowissenschaften.
11. 129-138.
Rinklebe, J.; Heinrich, K.; Morgenstern, P.; Franke, C.; Neue, H.-U. (2000a): Heavy metal concentrations,
distributions and mobilities in wetland soils. In: Mitteilung Nr. 6 der Bundesanstalt für Gewässerkunde/
Projektgruppe Elbe Ökologie, Koblenz - Berlin. Tagungsband des Statusseminars Elbe - Ökologie vom
02. bis 05. November 1999 in Berlin. 227-228.
Rinklebe, J., Helbach, C., Franke, F., Neue, H.-U. (2000b): Großmaßstäbige Bodenformenkarte der "Schöneberger
Wiesen" bei Steckby im Biosphärenreservat Mittlere Elbe. In: Bundesamt für Naturschutz,
Bonn (Hrsg.) Renaturierung von Bächen, Flüssen und Strömen. Angewandte Landschaftsökologie. Heft
37. Bonn - Bad Godesberg. 325-328.
Rinklebe, J.; Marahrens, S.; Böhnke, R.; Amarell, U.; Neue, H.-U. (2000c): Großmaßstäbige bodenkundliche
Kartierung im Biosphärenreservat Mittlere Elbe. In: Friese et al. (Hrsg.) Stoffhaushalt von Auenökosystemen.
Böden und Hydrologie, Schadstoffe, Bewertungen. Springer Verlag. Berlin-Heidelberg-New
York. 27-35.
Rinklebe, J; Neue, H.U. (2003): Zweiter Zwischenbericht. Des vom Ministerium für Landwirtschaft und
Umwelt des Bundeslandes Sachsen - Anhalt geförderten und vom Landesamt für Umweltschutz (LAU)
verwalteten Forschungsprojektes "Gefahrenabschätzung für Grundwasser und Nutzpflanzen bei
erhöhten Gehalten von Cadmium, Zink, Kupfer, Chrom, Nickel, Blei, Quecksilber und Arsen in Auenböden
der Elbe" (FKZ 76213/08/01) 100 S.
Rinklebe, J.; Overesch; M.; Neue, H.-U. (2002): Mobilitäten und Bindungsformen von Schwermetallen in
Auenböden der Elbe. In: Geller et al. (Hrsg.) Die Elbe - neue Horizonte des Flussgebietsmanagements.
10. Magdeburger Gewässerschutzseminar. Teubner Verlag. 78-81.
Trinkwasserverordnung (TVO) (2001): Verordnung zur Novellierung der Trinkwasserverordnung vom 21.
Mai 2001. 23 S.
Zeien, H.; Brümmer, G. W. (1989): Chemische Extraktion zur Bestimmung von Schwermetallbindungsformen
in Böden. Mitteilungen der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft. 59/I. 505-510.
10 Danksagung
Dankenswerterweise wird dieses Forschungsprojekt vom Ministerium für Landwirtschaft und Umwelt
des Bundeslandes Sachsen - Anhalt finanziell gefördert und vom Landesamt für Umweltschutz (LAU)
verwaltet. (FKZ: 76213/ 08/ 01).
126

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Ansätze einer integrierten und adressaten-orientierten Forschung zum
gesellschaftlichen Hochwasserrisiko-Management
Jochen Schanze
Institut für ökologische Raumentwicklung e.V. (IÖR) im Dresden Flood Research Center e.V. (i.G.),
Weberplatz 1, 01217 Dresden, J. Schanze@ioer.de
1 Einführung
Die Aufarbeitung des Elbe-Hochwassers 2002 ist bestimmt durch die Analyse des Ereignisses
und die Beseitigung der Folgen. Die im Darthmouth Observation Center als Nummer 42 registrierte
Flut hat mit 12,2 Mrd. € die größten Schäden eines europäischen Binnenland-Hochwasser
erreicht (Munich Re Group 2003). In Anbetracht der bisher vorherrschenden
Schadensbeseitigung stellt sich die Frage, inwieweit ein neuerliches, vergleichbares Ereignis zu
weniger schwerwiegenden Auswirkungen führen würde. Die offenkundigen und umfassenden
Defizite in der Vorsorge vor der Elbeflut belegen, dass es diesbezüglich nicht nur um einen
Wiederaufbau gehen kann. Vielmehr bedarf es einer grundlegenden Auseinandersetzung der
praktizierten Vorsorgestrategien. Vor diesem Hintergrund stellt der Beitrag zwei Paradigmen
der Hochwasservorsorge gegenüber und leitet daraus Anforderungen an den Umgang mit Hochwasser
und die diesbezügliche Forschung ab.
2 Begriffsverständnis
2.1 Paradigma des traditionellen Hochwasserschutzes
Die Aufgabe des ingenieurwissenschaftlich geprägten Hochwasserschutzes bestand im Binnenland
traditionell vorrangig in der Anlage von Deichen. Jene dienten historisch betrachtet
zunächst der Gewinnung von landwirtschaftlichen Nutzflächen zur Verbesserung der
Nahrungsmittelversorgung der Bevölkerung. Später kam der Schutz von größeren Siedlungen
hinzu, welche wegen der Nutzung der Flüsse als Verkehrsmittel, Energiequelle etc. auf die
Flussnähe angewiesen waren. In beiden Fällen bestand die Aufgabe des Hochwasserschutzes in
der Begrenzung der Überflutung natürlicher Überschwemmungsgebiete. An der Elbe führte
dies zu einem Rückgang der Retentionsfläche um 86,4 % (Jährling 1998). Aus Kostengründen
war der Schutz dieser Nutzungen auf Ereignisse häufigerer Wiederkehrwahrscheinlichkeit
ausgelegt. Erst in der 2. Hälfte des vergangenen Jahrhunderts konnte für einzelne Flussgebietsabschnitte
- auch der Elbe (IKSE 2001) - der Aufwand für Binnenland-Deiche größerer Länge
für bis 100-jährliche Bemessungsereignisse realisiert werden.
Deichbaumaßnahmen in Verbindung mit anderen Querschnittsverengungen (Uferver- und -
bebauung, Brückenbauwerke etc.) führten in ihrer Kumulation beim Elbe-Hochwasser 2002 zu
einer Verschärfung des extremen Abflussereignisses. Im Elbelauf ergaben sich dadurch deutlich
höhere Wasserstände als sie bei vergleichbarer Wassermengen - beispielsweise am
31.03.1845 - gemessen worden waren (vgl. Kroll & Seigert 2002). Unerwartet breite Ausuferungen
waren die Folge. Hinzu kamen Überflutungen von Deichen und Deichbrüche an Elbe
und Mulde. Scheinbar nicht überschwemmungsgefährdete oder als geschützt geltende Gebiete
wurden überstaut. Dabei hat sich gezeigt, dass gerade in den ufernahen Bereichen und hinter
den Deichen seit der Wende eine erhebliche Zunahme der Schadenspotenziale stattgefunden
hat.
Völlig andere Bedingungen ergaben sich in den Tälern des Osterzgebirges. Aus der Geschichte
ebenfalls bekannte, durch das meteorologische Extremereignis jedoch besonders starke
Abflussverhältnisse verursachten gewaltige Sturzfluten. Nach Bemessungsereignissen angelegte
Schutzmauern und Gewässerverlegungen (z.B. 230 m³ statt real ca. 430 m³ für Weißeritz
127

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
in Dresden) konnten den Wasserstrom nicht kontrollieren. In der Folge entstanden erhebliche
Schäden vor allem durch hohe Schleppspannung, relative weite Ausuferungen der Gewässer
und fehlende Vorwarnung der Betroffenen.
Insgesamt hat sich weder in den Tieflandbereichen noch in den Gebirgstälern der auf Gefahrenabwehr
und Schaffung von Sicherheit gegründete traditionelle Hochwasserschutz als tragfähig
erwiesen. Hierfür ist nicht zuletzt die Schadensbilanz für Sachsen ein Beleg (SMUL 2003). Von
6,2 Mrd. € Schadenssumme entfallen auf Wohngebäude, gewerbliche Unternehmen, Infrastruktur
und Hausrat 98,7 %. Wesentliche Ursachen für diese katastrophale Folgen dürften die
Vernachlässigung der Schadenspotenziale, das fehlendes Bewusstsein über die Grenzen bisheriger
Bemessungsereignisse, die mangelnde integrative Betrachtung aller abflussrelevanten
Einflüsse und Handlungen in den Einzugsgebieten, die Entkopplung der gesellschaftlichen
Abwägung zwischen Hochwassergefahr und Nutzung der Überschwemmungsgebiete sowie ein
Mangel an geeigneten Formen der Informationsbereitstellung und Zusammenarbeit der
maßgeblichen Akteure sein. Diese Befunde lassen ein Festhalten am Konzept des Hochwasserschutzes
nicht sinnvoll erscheinen.
2.2 Paradigma des Hochwasserrisiko-Managements
Aus der Seltenheit von extremen Hochwasserereignissen folgt eine intrinsische Unvorhersehbarkeit
der von ihnen ausgehenden Gefahren. Diese Gefahren können außerdem nicht ohne die
daraus resultierenden Schäden interpretiert werden. Aus diesem Grund ist das Konzept des
Risikos und dessen Handhabung für den Umgang mit Hochwasser unverzichtbar. Dahingehend
wird im Folgenden von einem entscheidungsbezogenen Risikobegriff ausgegangen (vgl. Breckling
& Müller 2000, Greiving 2002). Er bezieht über die einfache Formel "Schaden * Eintrittswahrscheinlichkeit"
hinaus eine Abwägung zwischen Schaden und aufgewandten Kosten für
Schutzmaßnahmen einerseits und dem entgangenen Nutzen andererseits mit ein. Letztere
beschränkt sich nicht auf eine reine Berechung, sondern schließt die gesellschaftlichen
Entscheidungen mit ein. Die Entkoppelung der Ableitung der Gefahrenspotenziale durch die
Wasserwirtschaft und der planerischen Entscheidung über die Schadensentwicklung kann
dadurch als Bewertungs- und Entscheidungsproblem zusammengeführt werden.
Unter Berücksichtigung der Dynamik des Risikos durch Veränderungen in Einzugsgebieten
und Maßnahmen zur Risikominderung entsteht ein Hochwasserrisiko-Management (vgl.
Hooier et al. 2002). Es wird an dieser Stelle definiert als "kontinuierlicher gesellschaftlicher
Entscheidungsprozess, bei dem die Nutzung der Abflussentstehungsgebiete und der Überschwemmungsgebiete
einerseits und die Schadenspotenziale und Minimierungsmaßnahmen
andererseits vor dem Hintergrund des simulierten Hochwasserrisikos abgewogen wird" (vgl.
Schanze 2002). Es variiert in Abhängigkeit von Gewässertypen (Flüsse, Estuare, Küsten) und
Fluttypen (Sturzflutungen, Sommerhochwasser, etc.), der Charakteristik von Landschaften und
dem gesellschaftlichen Gegebenheiten (soziokulturell, ökonomisch, rechtlich).
Die Teilaspekte des Hochwasserrisiko-Managements enthält Abbildung 1. Drei Komplexe sind
zu unterscheiden: Risikoanalyse, Risikobewertung und Risikovermeidung (nach Plate 1999,
stark verändert). Dieses zunächst recht einfache Konzept des Umgangs mit Hochwasser erweist
sich in seiner Durchdringung als äußerst vielschichtig. Die Risikoanalyse (Risk analysis) erfordert
für kontinuierliche Entscheidungssituationen die fortlaufende Ermittlung des Hochwasserrisikos.
Dabei ist bereits die Bestimmung der Hochwassergefahr (hazard) einschließlich der
damit verbundenen Unsicherheit keine triviale Aufgabe. Sie erfordert insbesondere die Berücksichtigung
der regionalen Bandbreite von Wetterereignissen (einschließlich Klimawandel), die
skalenübergreifende hydrologische und hydrodynamische Modellierung bis hin zu einer hohen
128

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Die Risikobewertung (Risk evaluation) hat sich sozialwissenschaftlich mit kulturell (und individuell)
unterschiedlicher Risikowahrnehmung (Risk perception) und planerisch mit der
Abstimmung und Anwendung von intersubjektiven Kriterien für die Beurteilung von Risiken
zu befassen. Bei Letzterem kommt es auch auf Entscheidungs- und Bewertungsverfahren und
deren nachvollziehbare Implementation in formelle und informelle Entscheidungsprozesse an.
Wegen der notwendigen Kopplung an die Risikoanalyse bedarf es hierzu wissenschaftlich
valider und zugleich allgemeinverständlich nutzbarer Decision Support Systeme (DSS).
Bei der Risikominderung (Risk mitigation) sind Vorsorgemaßnahmen (pre-flood), das Katastrophenmanagement
und die Nachsorgemaßnahmen (post-flood) zu unterscheiden. Art und
Bedeutung dieser Maßnahmen hängt von der Einzugsgebietsgröße und dem Typus des Hochwasserrisikos
ab. In großen Flussgebieten steht als Vorsorgemaßnahme beispielsweise die Steuerung
der Schadenspotenziale zur Schadensminderung und zur Gewährleistung eines möglichst
hohen schadfreien Rückhalts (z.B. Sicherung und Reaktivierung von Überschwemmungsgebieten,
Anlage von Flutungspoldern etc.) im Vordergrund. Als lokale Schutzmaßnahmen sind
außerdem Deiche, mobile Absperrtechniken sowie Vorbereitungen auf vorübergehende Überflutungen
(Resilienz-Strategie; De Bruijn & Klijn 2001) von Bedeutung. Neben physischen
Maßnahmen, deren Effektivität sich in der Regel durch die hydrodynamischen und ingenieur-
räumlichen Auflösung der Angaben zu Wasserständen und Strömungsgeschwindigkeit sowie
die wahrscheinlichkeitsstatistische Einordnung beider (vgl. Plate 1999). Für die Sturzfluten im
Mittelgebirgsraum spielen zudem die Vorhersagezeiträume eine Rolle.
Im Hinblick auf die Vulnerabilität sind dem Nachhaltigkeitsprinzip entsprechend in erster Linie
die Potenziale für einen Verlust von Menschenleben, die Zerstörung von Bauwerken, Infrastruktur
und Hausrat, der direkte und indirekte wirtschaftliche Schaden durch Produktionsausfälle
sowie die monetarisierten und nicht-monetarisierten ökologischen Schäden zu betrachten.
Diesbezüglich ist der Kenntnisstand in Deutschland im Vergleich zu England und den Niederlanden
sehr eingeschränkt. Eine multikriterielle Angabe des Hochwasserrisikos - einschließlich
der Berücksichtigung der ständigen Veränderungen in den Einzugsgebieten (Landnutzung etc.)
- ist damit bislang gweitgehend g ausgeschlossen.
j g
Flood risk management
Risk analysis
Risk evaluation
Risk mitigation
Hazard
determination
Vulnerability
determination
Risk
analysis
Risk
perception
Risk
evaluation
Pre-flood
mitigation
Flood
management
Post-flood
mitigation
Probability of
specific flood
events
Expected
changes of
social, economic
and ecological
properties by
specific flood
events
Recurrence
and intensity
of impacts on
social, economic
and
ecological
properties
Individual and
public appreciation
of flood risks
Individual and
public balance
between flood
risk and utilisation
of floodrelated
areas
Technical
measures,
regulatory,
financial and
communicative
instruments
for flood
mitigation
Technical
measures and
organisational
activities (earty
warning,
evacuation
etc.)
Technical
measures;
regulatory,
financial and
communicative
activities to
deal with flood
damages
Abb. 1: Systematik der Teilaufgaben des Hochwasserrisiko-Managements (eigene Darstellung)
129

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
wissenschaftliche Modelle simulieren lassen, gehören zur Risikominderung auch planerische,
rechtliche, ökonomische, politische und organisatorische Instrumente. So spielen in den Mittelgebirgen
mit ihren Sturzfluten das Katastrophenmanagement mittels Frühwarnsystemen die
maßgebliche Rolle.
Nachdem das skizzierte Hochwasserrisiko-Management nur einzugsgebietsbezogen durchgeführt
werden kann, erfordert es gebiets- und fachübergreifende Kooperationen. Mit ihnen lassen
sich die Inkompatibilität von Einzugsgebiet und Verwaltungsgrenzen sowie der Abstimmungsbedarf
zwischen den zu beteiligenden Ressorts überwinden. Zur Förderung von Kooperationen
können informelle oder formelle Zweckgemeinschaften gebildet werden, die ausreichende
Transparenz gegenüber der Öffentlichkeit aufweisen müssen.
3 Ansätze zur Operationalisierung des Hochwasserrisiko-Managements
Die skizzierte Vielschichtigkeit von Risikoanalyse und Management im Zusammenhang mit
Hochwasser stellen an die Forschung besondere Anforderungen. Alleine die Abbildung der
Prozesskette Niederschlag - Abfluss - Ausuferung - Schadensverursachung erfordert eine
Kopplung und Weiterentwicklung vorhandener Prozessmodelle.
Problematisch sind dabei die oben erwähnten Defizite bei der Modellierbarkeit von Vulnerabilitität
und Schadensentstehung. Sie sind unabdingbare Voraussetzungen für die monokriterielle
Bewertung der sozialen, ökonomischen, ökologischen wie auch die multikriterielle Bewertung
der Hochwasserrisiken unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten. Für die Abstimmung der Kriterien,
aber auch für die Handhabung der prozessual einsetzbarer DSS bzw. Frühwarnsysteme,
bedarf es geeigneter Regeln und Verfahrensweisen in den gesellschaftlichen Entscheidungsprozessen
des Risiko-Managements. Jene hängen ab von der Dynamik der Hochwassergefahr, wie
dies anhand der Unterscheidung des Augusthochwassers nach Elbestrom und Sturzflut der
Nebenflüsse bereits dargestellt worden ist. In Abhängigkeit vom Fluttypus variieren sie vom
"Strategic Programming" für geringe Umweltdynamik bis zu "Preparedness Strategies" für die
Sturzfluten (vgl. Volberda 1998). Die Beteiligung an diesen Entscheidungsprozessen hat
society
analysis of social resilience and acceptance
analysis of economic
effects
Decision making process referred to flood risk and river basin management
balancing flood risk and water quality
current state progn. state target state
strategic alternatives of
activities, scenarios
gauged
parameter
model system
indicators
coupled models
parameters
Flood risk /
environmental
quality target
operationalisation of
strategic alternatives of
activities,
scenarios
gauging data
measures
water with catchment / basin
Abb. 2: Wasserwirtschaftliche Umweltbilanz für das Flusseinzugsgebiets-Management (Schanze
2000) in einer ersten Erweiterung für das Hochwasserrisiko-Management
130

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
einzugsgebiets- und problemadäquat zu erfolgen, weshalb in der Regel gebiets- und fachübergreifende
Kooperationen erforderlich sind. In der Raumforschung liegen dazu Verfahrensansätze
vor.
4 Forschungsempfehlungen aus Sicht des Dresden Flood Research Centers
Das Verständnis vom Hochwasserrisiko-Manaagement und die Vorschläge zu dessen Operationalisierung
führen dazu, den Schwerpunkt der künftigen Hochwasserforschung neben den
primär an der Erweiterung partiellen Wissens ausgerichteten Untersuchungen vor allem in der
Zusammenführung, Ergänzung und verbesserten Verwertbarkeit der vorhandenen Methoden
und Modelle zu sehen. Das dies keinesfalls trivial ist, wurde andeutungsweise dargelegt. Im
Einzelnen werden insbesondere die nachfolgenden Fragestellungen als vorrangig eingestuft:
• Entwicklung von Modellkomponenten für multikriterielle Hochwasserrisiko-Analysen (v.a.
hochauflösende Abbildung von Ausuferungen und urbane Vulnerabilität)
• Entwicklung und Erprobung komplexer Managementsysteme durch Kopplung von meteorologischer,
hydrologischer, ökonomischer und planerisch-strategischer Forschung (Frühwarnung,
Vulnerabilität, Preparedness, Resilienz)
• Untersuchung der Auswirkungen des Klimawandels und gesellschaftlicher Veränderungen
auf das Hochwasserrisiko
• Entwicklung von Modellen zur Einbeziehung der einzugsgebietsbezogenen Stoffdynamik
in Hochwaserrisiko-Analysen
• Defizitanalyse, Konzeption und Begleitforschung zur Verbesserung der Implementation
von Informationen über Hochwasserrisiken in gesellschaftliche Entscheidungs- und Planungsprozesse
• Entwicklung und Erprobung von risikospezifischen anwendungsorientierten Management-
Werkzeugen (DSS, Warnsysteme)
• Erarbeitung ökonomischer Instrumente für die kooperative Hochwasservorsorge (u.a. rechtlicher
und ökonomischer Lastenausgleich)
• Untersuchung von Möglichkeiten zur Harmonisierung länderspezifischer Rechtsvorschriften
der Raumentwicklung im Bereich Hochwasservorsorge.
5 Fazit
Die Hochwasservorsorge erfordert einen Paradigmenwechsel vom "Hochwasserschutz" zum
"Hochwasserrisiko-Management". Aus Sicht der Forschung ergibt sich daraus eine transdisziplinäre
Aufgabenstellung. In deren Mittelpunkt steht die Integration von Einzelansätzen zur
Ermittlung von Hochwasserrisiken sowie die adressaten-orientierte Implementierbarkeit der
Risikoanalysen in gesellschaftliche Entscheidungsprozesse. Hierzu bedarf es einer Kopplung
naturwissenschaftlicher Methoden mit wirtschafts-, sozial-, planungs- und rechtswissenschaftlichen
Untersuchungsansätzen. Mit dieser Ausrichtung der Forschung sollten mittelfristig
zugleich die Voraussetzungen für eine Zusammenführung der Belange des Hochwasserrisikomit
dem Flusseinzugsgebiets-Management im Sinne der Entschließung der europäischen
Wasserdirektoren geschaffen werden.
131

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
6 Literatur
Breckling, B. & Müller, F. (2000): Der ökologische Risikobegriff - Einführung in eine vielschichtige
Thematik. In: Breckling, B. & Müller, F. (Hg.); Der ökologische Risikobegriff. Theorie in der Ökologie,
Bd. 1. Frankurt a. M.: 1-15
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Jährling, K.-H. (1998): Deichrückverlegung: Eine Strategie zur Renaturierung und Erhaltung wertvoller
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des Umweltatlas der Landeshauptstadt Dresden
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European Commission; Ribamod concerted action. May 18th, 1998, Potsdam
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Bewirtschaftung von Einzugsgebieten - dargestellt am Beispiel des Bewirtschaftungsplanes Salza. In:
Aktuelle Reihe BTUC, 4.164-71.
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Hochwasserforschung. GAIA 11(4), 247 - 254.
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Wiederaufbau im Freistaat Sachsen. Dresden
Volberda, H. (1998): Building the Flexible Firm. How to Remain Competitive. Oxford/UK.
132

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Langfristige Belastungen von Flusseinzugsgebieten durch Metalle und
Radionuklide aus dem Altbergbau - Forschungs- und Handlungsbedarf für
die Zukunft
Petra Schneider, Karsten Osenbrück
Hydroisotop-Piewak GmbH, Oberfrohnaer Str. 84, 09117 Chemnitz, Tel 0371/850370, Fax 0371/850371,
hydroisotop-piewak@t-online.de
1 Einleitung
In Bezug auf die Entwicklung der Schadstoffbelastung in der Elbe und ihrer Nebenflüsse stellen
die Gruben, Halden und Sedimentationsanlagen des Altbergbaus im Erzgebirge langfristig
wirksame Quellen für die Belastung der Flusseinzugsgebiete durch Metalle und Radionuklide
dar. Die Wasser- und Sedimentqualität im Einzugsgebiet der Elbe, und hier insbesondere der
Mulde wurde durch jahrhundertelangen Silber-, Kupfer-, Zinn- und Uranbergbau anthropogen
stark verändert. Die derzeitigen Prognosen insbesondere zur Sanierung der Hinterlassenschaften
des Altbergbaus lassen erwarten, dass vor allem Metalle und Radionuklide langfristig
in erheblichem Umfang in die Oberflächen- und Grundwässer freigesetzt werden und noch
nicht abschätzbare ökologische Auswirkungen auf das Flusseinzugsgebiet ausüben.
Der Wasser- und Stoffhaushalt in Einzugsgebieten, die von Hinterlassenschaften des Altbergbaues
geprägt sind, ist extremen Randbedingungen unterworfen, wie sie sonst in der Natur nicht
zu finden sind. Dies betrifft sowohl die Speichereigenschaften des Gebietes als auch die oftmals
hohen Schadstoffpotentiale, deren Austrag unmittelbar an die wasserhaushaltlich relevanten
Volumenströme gebunden ist. Klimatologische Extremsituationen können die unkontrollierte
Verbreitung von Radionukliden in der Umwelt zur Folge haben, wenn die Fließwege nicht
genau bekannt sind und/oder im Rahmen von Starkregenereignissen Fließwege aktiviert
werden, die im Normalzustand inaktiv sind. Die Wasserhaushaltsbilanzierung in Einzugsgebieten
stellt das wesentliche Werkzeug für die Ermittlung unterirdischer und oberirdischer
Wasser-Volumenströme in einem Einzugsgebiet dar. Der Wasserhaushalt eines Einzugsgebietes
wird von den klimatischen, hydrologischen, morphologischen und bodenphysikalischen
Eigenschaften der das Einzugsgebiet repräsentierenden Hydrotope geprägt und stellt die
Summe der ökosystemaren Einflüsse dar.
2 Inhaltliche Schwerpunkte des Untersuchungsbedarfs
Inhalt weiterer Forschungsaktivitäten muss es daher sein, eine Erfassung der wasserhaushaltsbestimmenden
Charakteristika von Grund- und Oberflächenabfluss in den Flusseinzugsgebieten
des Altbergbaues vorzunehmen. Ziel ist es hierbei, die wesentlichen Fliesswege zu
erkennen, zu bilanzieren und im Hinblick auf ihr Verhalten auch für den Fall von Starkregenereignissen
zu evaluieren. Dies sollte anhand der konzipierten Wasserhaushaltsmodelle auch im
Hinblick auf die Einflüsse des Klimawandels durchgeführt werden. Es sollten Empfehlungen
abgeleitet werden, wie die Einflüsse extremer Klimasituationen auf die Schadstoffmobilisation
unter Nutzung ökosystemarer Ansätze (Vegetationsoptimierung, Optimierung der Landnutzung
im Einzugsgebiet usw.) minimiert werden können. Nach bisherigen Erfahrungen wird sich
allein durch die Abdeckung von Bergehalden und Absetzanlagen nur kurzfristig eine Minimierung
der Stoffausträge ergeben, da Abdecksysteme altern und damit die Durchlässigkeiten
einige Jahre nach der Abdeckung wieder ansteigen. Infolgedessen werden sich die Metall- und
Radionuklidgehalte in den Vorflutern und im Grundwasser mittelfristig wieder erhöhen.
Zusätzlich verursachen Flutungswasserableitungen aus den untertägigen Grubenbauwerken
ebenfalls eine Frachterhöhung.
133

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Somit leitet sich im Hinblick auf langfristige Belastungen von Flusseinzugsgebieten durch
Metalle und Radionuklide aus dem Altbergbau folgender Forschungs- und Handlungsbedarf für
die Zukunft ab:
• Bestandsaufnahme des Schadstoffinventars von Halden, Absetzanlagen und Bergwerken
aus dem Altbergbau sowie Prüfung der Mobilisierbarkeit dieses Potentials,
• Wasserhaushalts- und Stofftransportbilanzierung von Halden, Absetzanlagen und Bergwerken
des Altbergbaues auf Einzugsgebietsebene,
• Bilanzierung der langzeitlichen natürlichen ökosystemaren Entwicklung der Einzugsgebiete
des Altbergbaues,
• Entwicklung von Wasserhaushaltsmodellen zur langzeitlichen Bilanzierung des Wasserhaushaltes
von alternativen Abdecksystemen unter verschiedenen Bewuchsbedingungen
(Nadelwald, Laubwald),
• Geotechnische Langzeitstabilität alternativer Abdecksysteme insbesondere unter Berücksichtigung
von Starkregenereignissen,
• Ermittlung bevorzugter Fließwege und langzeitliche Stoffbilanzierung auf diesen (insbesondere
für Starkregenereignisse und Klimawandel),
• Ökotoxikologische Untersuchungen an Fließgewässern, die Vorfluter für Stoffausträge aus
dem Altbergbau bilden sowie Ableitung des gewässerökologischen Pufferpotentials,
• Ermittlung des bereits akkumulierten Schadstoffpools in den Sedimenten sowie die Bedingungen
seiner möglichen Freisetzung,
• Entwicklung innovativer Immobilisierungsverfahren zur Rückhaltung von Schwermetallen,
Radionukliden und Arsen möglichst direkt in der Quelle,
• Prüfung der Eignung natürlicher biologischer Methoden zur in-situ-Immobilisierung von
Halden und Absetzanlagen wie beispielsweise natürliche Sukzession,
• Applikation passiver Sanierungsverfahren auf Halden, Absetzanlagen und Bergwerke sowie
Optimierung geeigneter bereits vorhandener Verfahren.
Neben der Entwicklung von Regionalisierungswerkzeugen stellt die Formulierung von Bewertungsmaßstäben
bzw. Beschaffenheitszielen insbesondere vor dem Hintergrund der EG-
Wasserrahmenrichtlinie einen besonderen Handlungsschwerpunkt dar, da sie im Spannungsfeld
zwischen nachhaltigem Gewässerschutz und sparsamer Mittelverwendung steht.
3 Berücksichtigung der hydraulisch-hydrologischen Besonderheiten in Festgesteins-Einzugsgebieten
Die Heterogenität der hydraulischen Randbedingungen in Einzugsgebieten von Fließgewässerlandschaften,
die aus Festgesteinen aufgebaut sind, stellt eine große Herausforderung sowohl
für die hydraulische Quantifizierung als auch für die Stofftransportmodellierung dar. Hierbei
sind sowohl ungesättigte als auch gesättigte Systeme zu berücksichtigen, die außerdem von
Kluft- und Karstgrundwasserleiter (Grubenhohlräume) beeinflusst werden. Zur umfassenden
hydrologisch-hydraulischen und qualitativen Beschreibung derartiger Sachverhalte müssen
Werkzeuge entwickelt werden, die auch eine Regionalisierung zulassen.
Da sich die Altbergbaustandorte in Sachsen im wesentlichen im Erzgebirge und Vogtland
befinden, sind zwingend die Festgesteins-Problemstellungen zu berücksichtigen, in denen aus
wissenschaftlicher Sicht noch viele Fragen offen sind. Folgende fachlichen Schwerpunkte sind
hier zu benennen (die Auflistung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit):
134

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
• Entwicklung belastbarer Methoden zur Ermittlung unterirdischer Einzugsgebiete sowie der
Grundwasserneubildung im Festgestein insbesondere für den Fall, dass sich der Festgesteinswasserhaushalt
mit urbanem Wasserhaushalt überlagert,
• Hydraulische Bilanzierung der Verhältnisse zwischen Festgestein und Auflockerungszone
des Festgesteins sowie Ermittlung der standortspezifischen Verteilung der Wasserflüsse in
diesen (wenn möglich: Verallgemeinerung der Ergebnisse je nach Gesteinstyp),
• Entwicklung physikalischer Ansätze zur Wasserhaushaltsbilanzierung in Grubengebäuden
unter Berücksichtigung des Zuflusses aus Matrixpotential und künstlichen bevorzugten
Fließwegen.
Die Ermittlung von Wasserhauhaltsbilanzen in Festgesteinseinzugsgebieten erfordert neben
hydrologischer Erfahrung immer den gekoppelten Ansatz von hydrologischen Wasserhaushaltsbilanzierungsmethoden
(z.B. Festgesteinsmodelle, Abflussganglinienseparierung) mit
isotopenhydrologischen Methoden zur Ermittlung der Verweilzeit der untersuchten Wasserkomponenten.
4 Ermittlung der Grundwasserneubildung im Festgestein
Grundsätzlich können die Methoden zur quantitativen Ermittlung der Grundwasserneubildung
in zwei Gruppen unterschieden werden:
• Prozessorientierte Methoden
die rechnerisch mit Hilfe von Wasserbilanzansätzen die quantitative Beschreibung des Systems
vornehmen, d.h. die Grundwasserneubildung wird als Ziel-Bilanzgröße aus der Differenz
der übrigen Bilanzgrößen ermittelt (z. B Vorhersage des Bodenwasserstromes).
Prozessorientierte Methoden stellen eine Systemanalyse dar.
• Wirkungsorientierte Methoden
die die Quantifizierung der Grundwasserneubildung aus der gemessenen Speicher- bzw.
Grundwasserspiegeländerung bzw. Änderungen in der hydrochemischen und/oder isotopenhydrologischen
Zusammensetzung des Grundwassers vornehmen (z.B. Untersuchung der
Grundwasserstandsschwankungen).
In beiden Fällen sollte ein konzeptionelles Modell des Untersuchungsgebietes bzw. des Grundwasserkörpers
erarbeitet werden, um die relevanten Prozesse zu verstehen. Des weiteren ist im
Hinblick auf die Auswahl geeigneter Quantifizierungsmethoden zu prüfen, ob die flächenhafte
oder die lineare Grundwasserneubildung der dominierende Prozess im Betrachtungsgebiet ist.
Wenn die flächenhafte Grundwasserneubildung der bestimmende Prozess ist, sind prozessorientierte
Methoden ein geeigneter Lösungsansatz. Dominiert die lineare Grundwasserneubildung,
kann die Nutzung prozessorientierter Methoden mit großen Fehlern behaftet sein, da
möglicherweise grundwasserneubildungsrelevante Teilkomponenten nicht erfasst werden. In
diesem Fall ist wirkungsorientierten Methoden der Vorzug zu geben. Für die flächige Ermittlung
der Grundwasserneubildung im Festgestein bedeutet das, dass im ersten Schritt eine hydrologische/hydrogeologische
Strukturanalyse des Gebietes erfolgen muss, um abschätzen zu
können, welche Prozesse und Randbedingungen die Grundwasserneubildung dominieren. Bei
großen Gebieten sind für die flächige Umsetzung der hydrogeologisch/wasserwirtschaftlichen
Randbedingungen GIS-Werkzeuge sehr gut geeignet.
Wasserhaushaltsbilanzierung
Die Grundwasserneubildung stellt die Ergebniskomponente von Wasserhaushaltsmodellen dar,
die wiederum über einen wichtigen Input in Grundwassermodelle verfügt. Die Kopplung von
135

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Wasserhaushaltsmodellen mit Grundwassermodellen stellt einen aktuellen Schwerpunkt hydrologischer
Forschung dar. Von großer Bedeutung für die Regionalisierung ist, dass geeignete
Wasserhaushaltsmodelle bzw. ihre Eingangsdaten folgendermaßen charakterisiert sein sollten:
• Allgemeingültigkeit der Ergebnis-Aussage für verschiedene Festgesteinstypen,
• zeit- und kostengünstige Erfassung aller Ausgangsparameter,
• alle Parameter müssen flächendeckend in hinreichender Genauigkeit zur Verfügung stehen,
• alle Ausgangsdaten sollten mit Hilfe von Geografischen Informationssystemen erfasst und
weiter verarbeitet werden können.
Zu beachten bei der Arbeit mit Wasserhaushaltsmodellen ist, dass diese kalibriert werden
müssen. Dies ist z.B. unter Nutzung gemessener Trockenwetterabflüsse möglich.
5 Ausblick
Für die Zukunft lässt sich Forschungs- und Handlungsbedarf ableiten, der insbesondere die
Erstellung von Wasserbilanzen und Qualitätsprognosen unter Berücksichtigung von Bergehalden,
Absetzanlagen und alten Grubenhohlräumen umfasst. Ziel muss außerdem vor dem
Hintergrund der Miniminierung der Stoffausträge aus dem Altbergbau und des Eintrages in die
Vorfluter die Entwicklung von alternativen Langzeitverwahrungsmethoden für Halden, Absetzanlagen
und Grubenbaue sein, d.h. von Methoden, die passiv arbeiten. Das bedeutet, dass diese
Methoden naturnah mit einem Minimum an Verbrauchsmitteln ohne Zufuhr zusätzlicher
Energie langfristig funktionieren sollten.
Die Wasser- und Stoffbilanzen bilden die Grundlage für Langzeitprognosen und für die qualitative
und quantitative Konzipierung von passiven Wasserbehandlungsmethoden. Dies beinhaltet
folgende thematischen Ansätze:
• Konstruierte Feuchtraumbiotope (wetlands)
• Geochemische und hydraulische Barrieren
• Nutzung reaktiver Materialien zur in-situ-Immobilisierung (insbesondere unter Tage)
Des Weiteren ist die modellgestützte Qualitätsbewertung für verschiedene Szenarien für die
Gewässerentwicklung erforderlich, aus der ein Maßnahmenkatalog für die Stoffeintragsminimierung
entwickelt werden muss. Variantenberechnungen sind insbesondere für Gewässerabschnitte
erforderlich, die zusätzlich zum Altbergbau mit anderen Stoffen belastet sind, was
wechselseitige geochemische Reaktionen zur Folge haben kann. Für diese Gewässerabschnitte
muss eine fachliche Bewertung unter dem Aspekt der Anforderungen der EG-Wasserrahmenrichtlinie
sowie Darstellung bestehender und absehbarer Konfliktpotentiale vorgenommen
werden. Insgesamt ist die rechtliche Stellung des Altbergbaues zu klären, insbesondere vor dem
Hintergrund, dass die EG-Wasserrahmenrichtlinie die Erreichung des guten chemischen
Zustandes der Oberflächen- und Grundwasser in naher Zukunft vorschreibt.
6 Quellen
SCHNEIDER, P.; NEITZEL, P.; SCHAFFRATH, M., SCHLUMPRECHT, H. (2003) Physico-chemical
Assessment of the Reference Status in German Surface Waters: A Contribution to the Establishment of
the EC Water Framework Directive 2000/60/EG in Germany, In: Hydrochimica et hydrobiologica Acta.
31 (1), pp. 49-63.
136

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
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SCHNEIDER, P., NEITZEL, P.L.; OSENBRÜCK, K., NOUBACTEB, C., MERKEL, B.HURST, S. (2001):
In-situ Treatment of Radioactive Mine Water using Reactive Materials - Results of Lab and Field Experiments
in Uranium Ore Mines in Germany. In: Hydrochimica et hydrobiologica Acta 29 (2001), 2, 1-
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SCHNEIDER, P.; NINDEL, K.; KLOTZ, D.; FORSTER, M., VOERKELIUS, S.; SCHREYER, J.;
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SCHNEIDER P; SCHAFFRATH M; NINDEL K (2002): Hydrology of Engineered Covers of Waste Rock
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Merkel B.J.; Planer-Friedrich, B.; Wolkersdorfer, C: Uranium in the Aquatic Environment, pp. 165-172,
Springer Verlag.
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of Catchments with Metallogenic Origin: A Contribution to the Establishment of the EC Water Framework
Directive 2000/60/EG in Germany, in: Merkel B.J.; Planer-Friedrich, B.; Wolkersdorfer, C:
Uranium in the Aquatic Environment, pp. 77-84, Springer Verlag.
Vorkommen und Verhalten von xenobiotischen Organika in Elbsedimenten
Katrin Schröder, Jan Stien, Frank Sacher, Hans-Jürgen Brauch, Widow Schmidt
DVGW Technologiezentrum Wasser, Außenstelle Dresden, Scharfenberger Straße 152, 01139 Dresden,
Tel. 0351/85211-32, Fax 0351/85211-10, schroeder@tzw-dresden.de
Auf Schwebstoffen und Sedimenten werden vor allem lipophile Stoffe angelagert, die über
Depositionen, Abschwemmungen oder Einleitungen ins Gewässer gelangt sind. Zur Beurteilung
der Beschaffenheit eines Gewässers dürfen nicht allein die Konzentrationen der gelösten
Mikroverunreinigungen herangezogen werden, sondern es müssen auch die auf den Schwebstoffen
und Sedimenten adsorbierten Schadstoffe berücksichtigt werden.
Durch das Hochwasser der Elbe im August 2002 wurden große Mengen an festem Material
(Sedimente, Schlamm) aus der Elbe bzw. aus den ufernahen Gebieten mobilisiert und
verfrachtet. Wie erste Untersuchungen gezeigt haben, ist dieses feste Material teilweise in
erheblichem Umfang mit organischen Schadstoffen belastet [1].
Die erste Probenahme direkt nach dem Hochwasser im August 2002 konzentrierte sich auf
Schlämme oder Sedimente, die nach der Überflutung durch die Elbe oder ihre Nebenflüsse
zurückgelassen wurden. Diese Proben wurden hinsichtlich ihrer Gehalte an polyaromatischen
Kohlenwasserstoffen (PAK), polychlorierten Biphenylen (PCB) und chlorierten Pestiziden
untersucht. Die hierbei festgestellten Summenbelastungen für PAK lagen im Bereich von 50
mg/kg TS, für PCB bei 200 µg/kg TS und für chlorierte Pestizide im Bereich von mehreren 100
µg/kg TS. Zu einem zweiten Termin im Februar 2003 wurden Feststoffproben aus Grün- und
Ackerflächen entlang der Elbe, die vom Augusthochwasser oder nochmals vom Dezemberhochwasser
überflutet worden waren, entnommen und ebenfalls auf PAK, PCB und chlorierte
137

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Pestizide sowie zusätzlich auf sulfonierte Naphthalin-Formaldehyd-Kondensate (SNFC) untersucht.
Dabei zeigte sich, dass verglichen mit den Belastungen der im August beprobten
Schlämme und Sedimente der Grün- und Ackerflächen die Konzentrationen dieser Verbindungen
in einer vergleichbaren Größenordnung lagen. Die Belastungen an aromatischen Sulfonaten
variierten zwischen 100 und 5000 µg/kg TS. Auffällig an den Messergebnissen der
Februarproben ist, dass Proben aus Stellen, die sowohl im August als auch im Dezember von
einem Hochwasser überspült wurden, höhere Belastungen aufwiesen.
Ziel der weiteren Untersuchungen war eine Abschätzung des Gefährdungspotentials der
Schlämme und Sedimente, die durch das Augusthochwasser 2002 mobilisiert wurden. Zur
Abschätzung dieses Gefährdungspotentials wurden für die am höchsten belasteten Proben
Versuche zur Elution der festgestellten Schadstoffe in Anlehnung an DIN V 19736 durchgeführt.
Bei diesen Versuchen, bei denen die Schadstofffreisetzung eines festen Materials in
Kontakt mit Wasser simuliert wird, wird die Feststoffprobe in Glassäulen kontinuierlich mit
Wasser unter definierten Bedingungen durchströmt (siehe Bild 1). Anschließend wird das
Wasser in einer Glasflasche aufgefangen und auf die relevanten Verbindungen analysiert.
Quarzkies
Vollentsalztes Wasser mit
Natriumazid versetzt
Ca. 500 g Material in
gestörter Lagerung
Lichtschutzfolie aus
Aluminium
Quarzkies
Auffangflasche
Mehrkanalige Peristaltikpumpe mit Drehzahlregelung
Bild 1: Versuchsaufbau zur Elution der festgestellten Schadstoffe nach DIN V 19736
Die Ergebnisse der ersten Versuche zeigen, dass unter Standardbedingungen nur ein Teil der im
Feststoff nachgewiesenen Verbindungen eluiert werden (Tabelle 1). Bild 2 zeigt am Beispiel
der drei PAK Acenaphthen, Phenanthren und Pyren ein typisches Elutionsprofil.
Man erkennt, dass während der ersten Tage bereits ein Großteil der PAK desorbiert werden und
damit die Konzentrationen im eluierten Wasser am höchsten sind. Danach nehmen die Konzentrationen
erst rasch, dann langsamer ab und nach etwa 30 Tagen lassen sich keine PAK mehr
nachweisen. Vergleicht man die Gehalte der verschiedenen PAK im Elutionswasser, so erkennt
man, dass überwiegend die kleinen, besser wasserlöslichen Verbindungen eluiert werden.
Die in Bild 2 dargestellten Konzentrationsverläufe im Elutionswasser können genutzt werden,
um die kummulative Schadstofffreisetzung der Feststoffe zu berechnen und graphisch darzustellen
(siehe Bild 3).
Durch diese Auswertung läßt sich die Gesamtmenge an Schadstoffen, die aus einem Feststoff
unter den Bedingungen des Elutionsversuchs freigesetzt werden kann, angeben und mit den
138

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
300
250
PAK mobilisiert [ng/L]
200
150
100
Acenaphthen
Fluoren
Phenanthren
50
0
0 20 40 60 80 100 120
Wasser-Feststoff-Verhältnis [L/kg]
Bild 2:
Konzentrationsverlauf der PAK Acenaphthen, Phenanthren und Pyren im Auslauf einer
Elutionssäule nach DIN V 19736
5,0
PAK mobilisiert, kumuliert [mg/kg]
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
Acenaphthen
Fluoren
Phenanthren
Bild 3:
0,0
0 20 40 60 80 100 120
Wasser-Feststoff-Verhältnis [L/kg]
Kummulative Schadstofffreisetzung einer Feststoffprobe
Originalgehalten vergleichen. Für eine Feststoffprobe, die im Elbtal unterhalb Dresdens
entnommen wurde, sind in Tabelle 1 exemplarisch die entsprechenden Angaben für ausgewählte
Schadstoffe zusammengestellt.
Man erkennt, dass für die untersuchten Parameter durch die Elutionsversuche nur ein Bruchteil
der an den Feststoffen sorbierten Gehalte freigesetzt werden. Im Falle der chlorierten Insektizide
(DDT und Metabolite) ist die Schadstofffreisetzung sogar so gering, dass die Verbindungen
im Elutionswasser zu keiner Zeit nachgewiesen werden konnten. Dabei ist die
Freisetzung verknüpft mit der Polarität und Wasserlöslichkeit der Verbindungen.
139

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Tabelle 1:
Parameter
Schadstofffreisetzung einer Feststoffprobe
Originalgehalt im
Feststoff [µg/kg TS]
freigesetzte
Schadstoffmenge
[µg/kg TS]
Hexachlorbenzol (HCB) 180 0,3
p,p-DDT 120

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Die Überflutung des Goitschesees und ihre Folgen
Martin Schultze, Andrea van der Veen, Kurt Friese
UFZ-Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH, Sektion Gewässerforschung Magdeburg,
Brückstraße 3a, 39114 Magdeburg, Tel 0391-8109400, Fax 0391-8109150, schultze@gm.ufz.de
1 Einführung
Der Goitschesee bei Bitterfeld ist durch die Flutung des ehemaligen Tagebaues Goitsche
zwischen Mai 1999 und April 2002 entstanden. Bei Abschluss der Flutung betrug der Wasserspiegel
71,5 m ü. NN. Die Mulde brach während des Sommerhochwassers 2002 am 14. August
in den südlichen Teil des Sees ein (Abb. 1.1). Dies entsprach etwa dem Zeitpunkt des Höchststandes
der Hochwasserwelle der Mulde, der am Pegel Bad Düben an diesem Tag mit 855 cm
registriert wurde. Der Zustrom konnte erst am 20.08.2002 unterbunden werden. Der Seewasserspiegel
war in diesem Zeitraum um 7 m gestiegen. Die Seefläche wuchs von 10,5 km² auf ca.
15,5 km² und das Seevolumen um etwa 90 Mio m³ auf ca. 260 Mio m³. Nach dem Hochwasser
wurde der Wasserspiegel zunächst durch einen Notkanal, dann über das Einleitungsbauwerk
und schließlich mittels Pumpen auf 75 m ü. NN abgesenkt.
Mit dem Hochwassereinbruch,
der Seeüberflutung
und dem
zeitweiligen Durchströmen
des Sees
durch einen Teilstrom
der Mulde
kam es zu einem
umfangreichen Stoffeintrag
in den See.
Durch die starke
Gliederung des Sees
in drei Teilbecken
und die thermische
Schichtung des Wasserkörpers
waren die
drei Bereiche sehr
Abb. 1.1: Lage und Tiefenkarte des Goitschesee
unterschiedlich
davon betroffen.
Im Teilbecken Döbern wurde durch das Hochwasser der gesamte Wasserkörper umgewälzt und
ausgetauscht, während in den beiden anderen Teilbecken nur das Epilimnion vom Hochwasser
erfasst wurde. Das Hypolimnion blieb dort abgesehen von sedimentierenden Stoffen bis zur
herbstlichen Vollzirkulation vom Hochwasser weitestgehend unberührt.
2 Methodik
2.1 Untersuchungsprogramm
Das Programm zur Untersuchung der Konsequenzen des Hochwassereinbruches in den Goitschesee
umfasst Wasser- und Sedimentuntersuchungen. Sie konzentrieren sich auf Spurenmetalle
und Phosphor, da diese Stoffe wegen der Charakteristik des Muldeeinzugsgebietes
oberhalb Pouch als die wichtigsten potentiellen Kontaminanten für den See anzusehen sind. Im
vorliegenden Beitrag soll ein Teil der bisher vorliegenden Ergebnisse aus den Sedimentunter-
141

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
suchungen vorgestellt werden. Die entsprechenden Sedimentproben wurden am 01. April 2003
entnommen, da widrige Witterungsbedingungen (anhaltend starke Winde, nicht begehbare
Eisbedeckung) eine Probenahme in den ersten drei Monaten 2003 verhinderten. Es wurden
Proben aus allen drei Teilbecken des Goitschesees an den Meßstellen XD5, XM3 und XN3
genommen.
2.2 Sediment
2.2.1 Probenahme
Die Probenahme der Sedimente erfolgte mit einem Gravitationsbohrer (Mondseecorer, Uwitec,
Mondsee, Österreich), dessen Inliner aus Polycarbonat einen Innendurchmesser von 90 mm
besitzt. Die gewonnenen Kurzkerne wurden vor Ort im Handschuhkasten unter Argon-Atmosphäre
geteilt. Die obersten 6 bis 7 cm wurden cm-weise mit Hilfe einer Schneidevorrichtung
entnommen, darunter erfolgte eine Einteilung in 2-cm-Abschnitte.
Teilproben wurden für die Gewinnung von Porenwasser sowie die Bestimmung von Elementgesamtgehalten
genommen. Noch im Handschuhkasten erfolgte die Ansprache der Sedimente,
außerdem wurden pH und Eh gemessen.
Die Proben wurden bis zur weiteren Bearbeitung in dicht schließenden PE-Schraubgefäßen
dunkel gelagert, zunächst gekühlt und später tiefgefroren.
2.2.2 Gesamtgehalte
Die Bestimmung von Elementgesamtgehalten erfolgte an der Korngrößenfraktion < 20 µm, die
durch Nasssiebung mit destilliertem Wasser abgetrennt wurde.
Kohlenstoff- (TC und TOC), Stickstoff- und Schwefelgehalt wurden mit dem CNS-Elementanalysator
(Elementar) gemessen. Nach einem mikrowellenunterstützten Königswasseraufschluss
wurden die Hauptelemente an der ICP-OES (Perkin-Elmer Optima 3000) und die
Spurenelemente an der ICP-MS (Agilent 7500c) analysiert. Eine Vergleichbarkeit des
Aufschlusses nach DIN 38414 Teil 7 ist gewährleistet.
3 Ergebnisse
3.1 Beschreibung der Sedimente
Die Sedimentations- und Diagenesebedingungen für die drei untersuchten Probenahmestellen
sind sehr unterschiedlich. Im Teilbecken Döbern kam vor allem das von der Mulde zwischen
ihrem regulären Bett und dem Goitschesee beim Hochwassereinbruch ausgeräumte Bodenmaterial
zur Ablagerung, im Bereich der Probenahmestelle in mehreren Metern Mächtigkeit.
Außerdem fließt seit Anfang 2003 Wasser aus dem benachbarten Seelhäuser See über einen
Kanal bzw. eine Rohrleitung in das Teilbecken Döbern.
In den Teilbecken Niemegk und Mühlbeck kamen als unmittelbare Folge des Hochwassers nur
Sedimente vergleichsweise geringer Mächtigkeit (ca. 1-2 cm) zur Ablagerung. Während der
planmäßigen Flutung fungierte das Teilbecken Mühlbeck als "Absetzbecken" für das einströmende
Flutungswasser, während es beim Hochwasser und danach am weitesten von den oberirdischen
Zuflüssen entfernt war. Die Probenahmestelle XN3 zeichnet sich daneben noch durch
eine grundwasserbürtige chemische Schichtung des Seewasserkörpers aus. Ein stets anoxisches,
sehr eisenreiches und jetzt ca. 1,5 m mächtiges Monimolimnion wurde dort seit 1999
beobachtet (Boehrer et al. 2003). Sie kann damit bis zu einem gewissen Grade als "Naturexperiment"
zum Verhalten der Sedimente unter streng reduzierenden Bedingungen angesehen
werden.
142

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Im September 2002 wurden an den Lokalitäten XM3, XN3 und XN5 Sedimentkerne gezogen.
Diese wiesen eine maximal 1 cm mächtige Auflage aus hellgrauem Material auf, das sich von
den zuvor beobachteten Sedimenten deutlich unterschiedt. Im benachbarten Bitterfelder
Muldestausee konnten solche hellgrauen Lagen mit einem hohen klastischen Anteil ebenfalls
beobachtet werden und werden als Folge von Hochwasserereignissen gedeutet (Junge et al.
2002). An XD5 konnten zu diesem Zeitpunkt mit dem vorhandenen Bohrgerät keine geeigneten
Kerne gewonnen werden.
In Abbildung 3.1 sind die Sedimentkerne
vom April 2003 mit
einer Markierung der Hochwasserablagerungen
dargestellt.
In XN3 hat sich das helle Hochwassersediment
in 2 bis 3 cm
Teufe erhalten, während es in
XM3 nur noch schwer zu
erkennen ist. Deutlich unterscheidet
sich XD5 von den beiden
anderen Lokalitäten durch das
einheitlich mittelbraune Material
unterhalb von 3 cm unter der Sedimentoberfläche.
Wie bereits oben
beschrieben, handelt es sich dabei
um erodierten Boden aus der
näheren Umgebung, der vor allem
im Teilbecken Döbern sedimentierte.
Abb. 3.1: Fotos der Kerne XD5, XN3 und XM3 (HW =
Hochwassersediment; Probenahme vom 01.04.2003)
Im Hangenden der Hochwasserlage sedimentierten die feinen Schwebstoffe, die durch das
Hochwasser in den Goitschesee eingetragen worden waren. Weiterhin wurde Material durch die
Erosion des Ufers während Herbst und Winter sowie durch den Zustrom aus dem Seelhäuser
See eingetragen. Zusätzlich ist mit der autochthonen Bioproduktion im See zu rechnen.
3.2 Hauptelemente
Zur besseren Einordnung der gefundenen Spurenelementgehalte sind die Gehalte einiger Hauptelemente
sehr hilfreich, da sie einerseits die sehr unterschiedlichen Bedingungen an den drei
Probenahmestellen gut illustrieren und außerdem die Spurenelementbindung maßgeblich
beeinflussen können, wie z.B. das Eisen durch die Bereitstellung von adsorptionsaktiven Oberflächen.
An den Messstellen XM3 und XN3 haben TOC und Eisen durch die Hochwassersedimente eine
"Verdünnung" erfahren, Aluminium hingegen eine Anreicherung (Ergebnisse aus 1-2 cm
Teufe). Außerdem sind die erheblichen generellen Unterschiede im Eisengehalt bemerkenswert
(Abb. 3.2).
3.3 Spurenelemente
Aus der Palette der untersuchten Spurenelemente soll hier nur auf Cadmium und Blei kurz
eingegangen werden. Beide Elemente sind sowohl wegen ihrer bekannten Anreicherung in
Sedimenten und Schwebstoffen im Muldestausee (Born 1995, Zerling et al. 2001) als auch
143

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
TOC [mg/g]
20 30 40 50 60 70 80
0
5
Fe ges. [mg/g]
0 100 200 300 400
0
5
Al ges. [mg/g]
20 30 40 50 60 70 80
0
5
Teufe [cm]
10
15
20
25
XM3
XD5
XN3
10
15
20
25
XM3
XD5
XN3
Abb. 3.2: Gesamtgehalte an TOC, Eisen und Aluminium in den Sedimenten an den
Messstellen XM3, XN3 und XD5
10
15
20
25
XM3
XD5
XN3
wegen der Überschreitung der von Schudoma (1994) empfohlenen Zielwerte für die Belastung
von Gewässersedimenten von besonderem Interesse. Abbildung 3.3 zeigt die gefundenen
Gesamtgehalte.
Beim wenig mobilen Blei ist für die Messstellen XM3 und XN3 ganz klar der hochwasserbürtige
Peak ersichtlich. Die bei ca. 5 cm Teufe gelegene Stufe ist vermutlich mit der planmäßigen
Flutung in Zusammenhang zu bringen. Die Gehalte an der Messstelle XD5 liegen generell auf
einem viel höheren Niveau. Vermutlich sind sie das Ergebnis einer langfristigen Anreicherung
in der Muldeaue, deren Material im Zuge des Hochwassers nun in den Tiefbereich des Teilbeckens
Döbern verfrachtet wurde.
Cd ges. [µg/g]
0 1 2 3 4 5 6
0
Pb ges. [µg/g]
0 100 200 300
0
Teufe [cm]
5
10
15
20
25
XM3
XD5
XN3
5
10
15
20
25
XM3
XD5
XN3
Abb. 3.3: Gesamtgehalte an Cadmium und Blei in den Sedimenten an den Messstellen XM3,
XN3 und XD5
Das mobilere Cadmium zeigt kein so einfaches Bild. An der Messstelle XD5 sind die Gehalte
wiederum generell erhöht. Bei den beiden anderen Messstellen zeigt sich aber kein klarer Hochwasserpeak.
Vielmehr ist lediglich eine schon längere Zeit anhaltende Erhöhung der Sedimentgehalte
zu verzeichnen, die auf den Cadmiumeintrag in den Goitschesee im Zusammenhang mit
der planmäßigen Flutung hindeutet.
3.4 Bewertung
Die bisherigen Ergebnisse lassen noch keine umfassende Bewertung zu. Erwartungsgemäß
finden sich in den Hochwassersedimenten im Goitschesee erhöhte Gehalte an Spurenmetallen.
Dabei stellen die Ablagerungen im Teilbecken Döbern wegen ihrer Mächtigkeit das größte
Reservoir dar. Ihre potentielle Wirkung auf den See kann aber erst anhand der Bindungsformanalyse
beurteilt werden. Erste Schritte der Diagenese sollten an den noch ausstehenden Untersuchungen
im Herbst diesen Jahres erkennbar werden.
144

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
4 Literatur
Boehrer, B., Schultze, M., Liefold, S., Behlau, G., Rahn, K., Frimel, S., Kiwel, U., Kuehn, B., Brookland, I.
und Büttner, O. (2003). Stratification of mining lake Goitsche during flooding with river water. Tailings
and Mine Waste '03: in press, Rotterdam (Balkema).
Born, J. (1996). Sedimentgeochemie des Muldestausees bei Bitterfeld. Heidelberger Beiträge zur Umweltgeochemie,
Bd. 9.
Junge, F.W., Jendryschik, K., Scharf, B. und Arnold, A. (2002). Visueller Vergleich von Sedimentkernen aus
dem Bitterfelder Muldestausee (Sachsen-Anhalt) vor und nach dem Katastrophen-Hochwasser der
Mulde vom August 2002.- Last-Minute-Posterbeitrag 10. Magdeburger Gewässerschutzseminar, 21.-
26.10.2002 Špindleruv Mlýn.
Schudoma, D. (1994): Ableitung von Zielvorgaben zum Schutz oberirdischer Binnengewässer für die
Schwermetalle Blei, Cadmium, Chrom, Kupfer, Nickel, Quecksilber und Zink. Umweltbundesamt-
Texte, 52/94. Berlin (Umweltbundesamt).
Zerling, L., Müller, A., Jendryschik, K., Hanisch, C. und Arnold, A. (2001). Der Bitterfelder Muldestausee
als Schadstoffsenke. Abhandlungen der Sächsischen Akademie der Wissenschaften zu Leipzig - Mathematisch-naturwissenschaftliche
Klasse, Bd. 50, H. 4: Stuttgart/Leipzig (Verlag der Sächsischen
Akademie der Wissenschaften zu Leipzig - In Kommission bei S. Hinzel).
Bestimmung des Gefahrenpotenzials feinkörniger Buhnenfeldsedimente für
die Wasser- und Schwebstoffqualität der Elbe sowie den Stoffeintrag in
Auen
René Schwartz, Hans-Peter Kozerski
Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei, Müggelseedamm 301, 12587 Berlin, Tel 030/
64181-678, Fax - 682, schwartz@igb-berlin.de
1 Historische Entwicklung
Buhnen, das sind annähernd senkrecht in den Strom hineinragende steinerne Bauwerke, gibt es
im Tieflandbereich der Elbe bereits seit Mitte des 17. Jahrhunderts (ROHDE 1998). In dieser
Zeit wurden sie noch als Stacks bezeichnet. Sie bestanden aus mehreren Lagen von Faschinen
(Weidenbündel), deren Zwischenlagen mit Bodenmaterial verfüllt waren. Im Gegensatz zur
gegenwärtigen leicht stromaufwärts geneigten Inklination der Buhnen (72° - 85°) waren die
Stacks stromab ausgerichtet. Ihre Hauptaufgabe bestand darin, den Deichkörper insbesondere
bei Eisgang vor den Kräften des Hochwassers zu schützen, die Abwicklung des Zollverkehrs zu
erleichtern und durch Sedimentation landwirtschaftlich nutzbare Flächen zu gewinnen
(PUDELKO & PUFFAHRT 1981). Nach Beginn der Umsetzung der Beschlüsse des Wiener
Kongresses (1815) über den einheitlichen Ausbau der mitteleuropäischen Flüsse mit dem Ziel
der ganzjährigen Schiffbarkeit durch die preußische Elbstrombauverwaltung setzte Mitte des
19. Jahrhunderts der systematische Buhnenausbau an der Elbe ein. Die Anzahl der Buhnen
vervielfachte sich. Beispielsweise gab es 1776 zwischen den Strom-km 475 und 583 lediglich
27 Buhnen. Im Jahr 1992 waren es in dem selben Abschnitt ca. 1680 (HARMS & KIENE 1999).
Als Folge des Buhnenbaus hat sich der prozentuale Anteil an unverbauten Uferbereichen in
diesem Flussabschnitt in den vergangenen 200 Jahren stark verringert. Im Jahr 1776 waren noch
97,5 % der Uferbereiche als naturnah zu bezeichnen. Im Jahr 1992 waren es dagegen nur noch
8,2 %. Die wesentliche Funktion der heutigen Buhnen besteht darin, die Schiffbarkeit des
Flusses bei Niedrigwasser zu verbessern. Infolge des Einengens des Abflussquerschnittes wird
der Wasserstand im Fluss angehoben. Als Nebenwirkung steigt die Fließgeschwindigkeit des
145

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Flusses. Hierdurch wird verhindert, dass sich große Sandbänke im Flussschlauch bilden. Langfristig
kommt es zu einer Eintiefung des Flussbettes. Aufgrund der fortschreitenden Sohlenerosion
mit der damit einhergehenden Wasserspiegelabsenkung vergrößert sich als weitere Folge
auch der Grundwasser-Flurabstand in den angrenzenden Auen (HENRICHFREISE 1996) .
Innerhalb der zwischen den Buhnen gelegenen Buhnenfeldern kommt es aufgrund der deutlichen
Strömungsberuhigung gegenüber dem Hauptstrom zu einer verstärkten Ablagerung partikulärer
Stoffe. Die Verlandungsneigung innerhalb der Buhnenfelder wird anhand einer
Gegenüberstellung der topographischen Karten des Elbabschnittes von Strom-km 518 bis 520
der Jahre 1889 und 1990 deutlich. Im Vergleich zum Jahr 1889, in welchem bei mittleren Pegelständen
innerhalb der Buhnenfelder noch 47 % Wasserfläche und 53 % Landfläche ausgewiesen
wurden, hat sich das Verhältnis ein Jahrhundert später weit in den terrestrischen Bereich
verschoben (1990: 37 % Wasserfläche und 63 % Landfläche). Gleichzeitig sind zahlreiche
Kleingewässer verschwunden oder weisen keinen Anschluss mehr an die Elbe auf und die Uferlinie
hat sich wesentlich verkürzt (SCHWARTZ & KOZERSKI 2002). Nachfolgende Ergebnisse
zu den physikalischen und chemischen Eigenschaften von Buhnenfeldsedimenten sowie
der aktuellen Sedimentation und dem Stoffdepot in Buhnenfeldern entstammen der Mittelelbe
bei Havelberg (Strom-km 419 - 422).
2 Physikalische und chemische Eigenschaften von Buhnenfeldsedimenten
Infolge der großen Strömungsunterschiede zwischen Flussschlauch (100 - 200 cm/s) und
Buhnenfeld (5 - 25 cm/s) unterscheidet sich die Textur dieser beiden Kompartimente grundlegend.
Im Flussschlauch ist eine hohe Gleichförmigkeit in der Korngrößenzusammensetzung zu
beobachten. Die Mittel- und Grobsandfraktion dominiert. Fein- und Mittelkiesbestandteile sind
nur von untergeordneter Bedeutung. Schluff- und Tonbestandteile fehlen gänzlich. Im Gegensatz
dazu ist das Körnungsspektrum in den Buhnenfeldern wesentlich breiter. Es reicht von
Mittelsand dominierten Proben, die noch bis zu 20 % Grobsand enthalten können, bis nahezu
sandfreien, stark schluffigen Proben, in denen der Tonanteil bis zu 25 % ausmachen kann. Mittlere
Feinkornanteile stellen ein Resultat geringmächtiger Wechsellagerungen von feinkornbzw.
sandreichen Schichten dar (SCHWARTZ & KOZERSKI 2002a). Die räumliche Verteilung
von feinen und groben Sedimenten innerhalb der Buhnenfelder variiert stark. Das Ablagerungsmuster
ist eng an das Strömungsgeschehen gekoppelt (KOZERSKI et al. 2001).
Bei den Buhnenfeldsedimenten besteht eine hoch signifikante Beziehung zwischen der
Körnung und dem Gehalt an organischem Kohlenstoff. Reinsandige Proben weisen nur geringe
Kohlenstoffgehalte auf (0,1 %). Der Gehalt an organischem Kohlenstoff annähernd sandfreier
Proben beträgt 8,2 %. Die Korrelation von Gesamt-Stickstoff zu organischem Kohlenstoff ist
ebenfalls hoch, wobei steigende Kohlenstoff-Gehalte einher gehen mit denen des Stickstoffs.
Das C/N-Verhältnis ist als eng zu bezeichnen. Es liegt bei 8:1. Analog zum Stickstoff verhalten
sich Phosphor und Schwefel. Sandfreie Proben beinhalten durchschnittlich 3,7 g/kg Phosphor
und 2,5 g/kg Schwefel (SCHWARTZ & KOZERSKI 2002a).
Gleichsam zu den Nährstoffen verhält es sich mit den potentiellen Schadstoffen. Mit steigenden
Feinkornanteilen sowie höheren Gehalten an organischem Kohlenstoff nimmt der Gehalt an
Spurenmetallen signifikant zu. Bei den Spurenmetallen ist neben dem jeweiligen Gesamtgehalt
die elementspezifische anthropogene Schadstoffanreicherung zu berücksichtigen. Die höchste
Überschreitung gegenüber der natürlich bedingten Ausgangskonzentration weist in den frischen
schwebstoffbürtigen Sedimenten der Mittelelbe derzeit Cadmium auf. In der Reihe abnehmender
Belastungsgrade folgen Zink, Quecksilber, Arsen, Blei, Kupfer, Nickel und Chrom
(SCHWARTZ et al. 1999).
146

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
3 Aktuelle Sedimentation und Stoffdepot
Innerhalb eines typischen Buhnenfeldes der Mittelelbe bei Havelberg am Strom-km 420,9
konnten bezüglich der Ablagerung von frischen schwebstoffbürtigen Sedimenten (vereinfacht)
drei unterschiedliche Zonen differenziert werden (SCHWARTZ & KOZERSKI 2002b). Das
erste Areal umfasste die Bereiche, in denen die mittlere Strömungsgeschwindigkeit oberhalb
von 15 cm/s lag und kurzzeitig sehr hohe Fließgeschwindigkeiten (> 25 cm/s) auftraten. Dies
waren die kompletten Randbereiche des Buhnenfeldes. Die durchschnittliche effektive Sedimentationsrate
lag hier unter 20 g TM/m²/d. Dass an diesen Stellen keine feinkörnigen Dauerablagerungen
nachgeweisen werden konnten, lag vermutlich daran, dass während der
Hochwasserzeiten die zuvor abgelagerten frischen schwebstoffbürtigen Sedimente aufgrund
der dann besonders in diesen Zonen erhöhten Fließgeschwindigkeiten (bzw. der daraus resultierenden
Turbulenzen) und der schwachen Bindung der Sedimente an den sandigen Gewässergrund
in Kombination mit ihrer geringen Dichte zum größten Teil wieder remobilisiert wurden.
Innerhalb des zweiten, direkt angrenzenden Areals variierten die mittleren Strömgeschwindigkeiten
zwischen 10 - 15 cm/s. Die durchschnittliche effektive Sedimentationsrate reichte hier
von 40 g TM/m²/d bis 120 g TM/m²/d. Die erhöhten Aussinkraten führten dazu, dass feinkörnige
Dauerablagerungen bis zu einer Mächtigkeit von 50 cm innerhalb des untersuchten
Buhnenfeldes festgestellt werden konnten. In den Zonen, in denen die mittlere Strömgeschwindigkeit
unterhalb von 10 cm/s lag, kam es gegenüber den schneller durchflossenen Arealen
verstärkt zum Aussinken von feinpartikulärem, organischem Material aus dem Elbwasser. Die
durchschnittliche effektive Sedimentationsrate betrug hier 485 g TM/m²/d. Vereinzelt wurden
aber auch Spitzenwerte bis zu 1.600 g TM/m²/d beobachtet. Langfristiges Resultat dieser sehr
hohen Sedimentationsraten war eine maximale Muddemächtigkeit von 1,2 m. Kontrollsondierungen
haben ergeben, dass das Muddevorkommen (Ausdehnung und Volumen) auch über
einen längeren Zeitraum annähernd konstant war. Über eine Spanne von 230 Tagen, einschließlich
einer dazwischen stattgefundenen ausgedehnten Hochwasserphase, hatte sich die Grundfläche,
auf der sich die Muddeablagerung befand, nur geringfügig verändert und das
Gesamtvolumen war leicht angestiegen (+ 34 m³). Selbst das Extremhochwasser der Elbe vom
August 2002 hat es nicht vermocht, das Muddepaket wesentlich abzutragen.
Werden die Schwebstoffeinträge aus den drei Sedimentationszonen unter Berücksichtigung
ihrer jeweiligen Flächenanteile addiert, ergibt sich für das gesamte Buhnenfeld (4.800 m²) ein
mittlerer Schwebstoffeintrag im Jahr 2001 von 151 kg/d. Aufgrund der mittleren Elementgehalte
des zum Aufnahmezeitpunkt ca. 300 m³ mächtigen Muddepaketes kann auf ein Stoffdepot
von 28 t organischen Kohlenstoff, 2,4 t Stickstoff, 1,1 t Phosphor 1,0 t Schwefel sowie 52 kg
Blei, 64 kg Kupfer und 460 kg Zink geschlossen werden (SCHWARTZ & KOZERSKI 2002b).
4 Extrapolation
Für die Extrapolation der Ergebnisse bezüglich des partikulären Stoffrückhaltes aus dem untersuchten
Muster-Buhnenfeld auf einen größeren Flussabschnitt bieten sich die Daten der Dauerbeobachtungsstellen
der Wassergütestelle Elbe und der Bundesanstalt für Gewässerkunde an.
Um den Einfluss von einmündenden Nebenarmen auf die Schwebstoffführung zu minimieren,
wurde ein 68 km langer Flussabschnitt unterhalb der Einmündung der Havel zwischen den
Strom-km 455 und 523 ausgewählt. In diesem Abschnitt münden lediglich kleinere Gewässer
(Seege, Löcknitz, Elde, Jeetze) ein, die durch ihre geringe Wasserführung und stoffliche Belastung
keinen wesentlichen Einfluss auf den Gesamtdurchfluss oder die Schwebstoffkonzentration
der Elbe haben. Aus diesem Grund sind die Änderungen in der Schwebstofffracht innerhalb
dieses Flussabschnittes (zumindest bei niedrigen und mittleren Wasserständen) allein auf flussinterne
Prozesse (z.B. Sedimentation, Nettoprimärproduktion) zurückzuführen (SCHWARTZ
147

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
& KOZERSKI 2003). Die Bedeutung der Mineralisation wird an dieser Stelle nicht berücksichtigt.
Bei der Auswertung der Schwebstofffracht-Differenzen zwischen den beiden Beobachtungspunkten
ist zu berücksichtigen, dass die Werte lediglich die Netto-Gehaltsänderung entlang der
Fließstrecke darstellen. Um den Einfluss der Prozesse Nettoprimärproduktion und Remobilisierung
möglichst gering zu halten, flossen bei der Bilanzierung dreier hydrologischer Jahre (1997
- 1999) lediglich die winterlichen Niedrigwasserphasen ein.
Der durchschnittliche Nettorückgang der Schwebstofffracht aller winterlichen Niedrigwasserphasen
des Beobachtungszeitraumes beträgt innerhalb der ausgewählten Fließstrecke 62 kt/a.
Dieser Wert deckt sich sehr gut mit der aus dem untersuchten Buhnenfeld für den gesamten
Flussabschnitt hochgerechneten effektiven Sedimentationsrate von 75 kt/a. Annahme hierbei
ist, dass sich alle 1.360 Buhnen wie das Muster-Buhnenfeld verhalten. Aus der von
SCHWARTZ (2001) mittels Kunstrasenmatten ermittelten durchschnittlichen Sedimentationsrate
für mittelhoch gelegene Vordeichsbereiche der Mittelelbe von 0,5 - 1,5 kg/m²/a resultiert
bei einer Ausdehnung der rezenten Aue innerhalb der Strom-km 465 und 523 von 12.200 ha
zudem ein jährlicher Stoffrückhalt in der Aue zwischen 61 kt und 183 kt. Die Addition beider
Sedimentationsräume (Buhnenfeld und Aue) ergibt einen Netto-Stoffrückhalt für die 68 Stromkm
von 123 - 258 kt/a. Die gesamte Schwebstofffracht, die in den drei hydrologischen Jahren
an den beiden Messstellen vorbei geflossen ist, betrug in Wittenberge 2.085 kt und in Hitzacker
1.620 kt. Es hat demnach in diesem Flussabschnitt einen Netto-Stoffrückhalt von insgesamt 464
kt (Jahresdurchschnitt 155 kt/a) gegeben. Dies entspricht einer Reduktion von 22 %. Unter
Vernachlässigung des hinsichtlich des Stoffrückhaltes besonderen Jahres 1998 steigt dieser
Wert auf 30 % (Jahresdurchschnitt 218 kt/a) an. Beide Werte passen sehr gut zu den unabhängig
hiervon ermittelten Sedimentationsmengen in Buhnenfeld und Aue. Demnach variiert in
Abhängigkeit von Höhe, Dauer, Häufigkeit und Zeitpunkt von Hochwasserereignissen der
Anteil des partikulären Stoffrückhalts in den Buhnenfeldern der Mittelelbe zwischen 25 - 50 %
und in der rezenten Aue zwischen 50 - 75 %.
5 Forschungsbedarf
Der Wissensstand über das Wirkungsgefüge von Fluss und Aue hat sich in den vergangenen
Jahren vor allem aufgrund der vom BMBF finanzierten ökologischen Forschung in der Stromlandschaft
Elbe wesentlich verbessert. Eine Reihe von weitergehenden Fragen ist jedoch bisher
noch offen geblieben. Zukünftig sollte deshalb die Beantwortung dieser Punkte im Vordergrund
stehen:
• In-situ Bestimmung der Erosionsstabilität feinkörniger Buhnenfeldsedimente
• Quantifizierung der Produktion von treibhausrelevanten Gasen in Buhnenfeldern.
• Studium frühdiagenetischer Prozesse in frischen schwebstoffbürtigen Sedimenten der Buhnenfelder.
• Quantifizierung des ereignisbedingten Stoffrückhaltes (Hochwasser, Niedrigwasser sowie
Sommer, Winter) in Buhnenfeldern und in der rezenten Aue.
• Bilanzierung des Nähr- und Schadstoffdepots in Buhnenfeldern über einen größeren Flussabschnitt.
• Modelltechnische Verknüpfung der Ergebnisse zur ereignisbezogenen aktuellen Sedimentation,
der Erosionsstabilität der schwebstoffbürtigen Sedimente und dem langfristigen
Sedimentzuwachs in Buhnenfeldern.
148

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
6 Literatur
/1/ HENRICHFREISE A. (1996): Uferwälder und Wasserhaushalt der Mittelelbe in Gefahr.
Natur und Landschaft, 6, S. 246-248. /2/ KOZERSKI H.P., KUHN T. & TOTSCHE O. (2001):
In-situ Messungen der Sedimentationsraten partikulären Materials in Buhnenfeldern der Elbe.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie, Tagungsbericht 2000, Tutzing, S. 121-126. /3/
PUDELKO A. & PUFFAHRT O. (1981): Hannover und Preußen betrieben gemeinsam den
Ausbau der Elbe zu einer neuzeitlichen Wasserstraße. Jahresheft des Heimatkundlichen
Arbeitskreises Lüchow-Dannenberg, 8, S. 169-181. /4/ ROHDE H. (1998): Das Elbegebiet. In:
Eckoldt (Hrsg.) Flüsse und Kanäle - Die Geschichte der deutschen Wasserstraßen, DSV
Hamburg, S. 173-245. /5/ SCHWARTZ R. [2001]: Die Böden der Elbaue bei Lenzen und ihre
möglichen Veränderungen nach Rückdeichung. Hamburger Bodenkundliche Arbeiten, 48, 391
S. /6/ SCHWARTZ R. & KOZERSKI H.P. (2002a): Die Buhnenfelder der unteren Mittelelbe -
Geschichte, Bedeutung, Zukunft. Deutsche Gesellschaft für Limnologie, Tagungsbericht 2001-
I (Kiel), Tutzing, S. 417-422. /7/ SCHWARTZ R. & KOZERSKI H.P. (2002b): Die Buhnenfelder
der Mittelelbe - Schad- und Nährstoffsenke oder -quelle? In: Geller et al. (Hrsg.): Die
Elbe - neue Horizonte des Flussgebietsmanagements. 10. Magdeburger Gewässerschutzseminar,
Teubner, Stuttgart, ISBN 3-519-00420-8, S. 191-195. /8/ SCHWARTZ R. &
KOZERSKI H.P. (2003): Die Bedeutung von Buhnenfeldern für die Retentionsleistung der
Elbe. Deutsche Gesellschaft für Limnologie, Tagungsbericht 2002 (Braunschweig), Werder, S.
460-465. /9/ SCHWARTZ R., NEBELSIEK A. & GRÖNGRÖFT A. (1999): Das Nähr- und
Schadstoffdargebot der Elbe im Wasserkörper sowie in den frischen schwebstoffbürtigen Sedimenten
am Meßort Schnackenburg in den Jahren 1984-1997. Hamburger Bodenkundliche
Arbeiten, 44, S. 65-83.
Auswirkungen des Hochwassers im August 2002 auf die Gewässergüte der
Elbe in Hamburg
Susanne Sievers 1 , Wolfgang Ahlf 2 , Otto-Heinrich Bauer 1 , Harald Berger 1 , Werner Blohm 1 ,
Robert Dannenberg 1 , Susanne Heise 2 , Rainer Götz 1 , Raimund Lauer 1 , Klaus Roch 1
1 Behörde für Umwelt und Gesundheit Hamburg, Institut für Hygiene und Umwelt, Marckmannstraße 129b,
20539 Hamburg, Tel 040/42845-3700, Fax 040/42845-3840, susanne.sievers@bug.hamburg.de
2 Beratungszentrum Integriertes Sedimentmanagement (BIS) an der TU Hamburg Harburg, Technische
Universität Hamburg-Harburg, Eissendorfer Str. 40, 21073 Hamburg
Das Elbehochwasser 2002 hat Kläranlagen, Fabrikgelände und Altstandorte überflutet. Durch
die gewaltigen Wassermassen war mit dem Ausräumen von Buhnenfeldern und Stillwasserbereichen
zu rechnen. Um die Auswirkungen dieses extremen Hochwasserereignisses auf die Elbe
bei Hamburg zu erfassen, wurde ein umfangreiches Untersuchungsprogramm durchgeführt.
1 Untersuchungsprogramm
Die kontinuierliche Gewässerüberwachung erfolgte an den automatischen Messstationen Bunthaus
(Elbe-km 609,8), Seemannshöft (Elbe-km 628,8) und Blankenese (Elbe-km 634,3).
Temperatur, pH-Wert, Leitfähigkeit, Trübung und Sauerstoffgehalt wurden ständig überwacht
sowie zusätzlich Algentoximeter, Daphnientoximeter und UV-Sonden zur Schadstoff-Früherkennung
eingesetzt. In den Messstationen standen sowohl automatische Probenehmer für
Wassermischproben als auch Zentrifugen für die Gewinnung von Schwebstoffen zur Verfügung.
149

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Die bakteriologischen Untersuchungen, die sonst in 14-tägigem Rhythmus erfolgen, wurden in
der Zeit vom 19.08.- 04.09.02 an den Messstellen Bunthaus und Seemannshöft intensiviert.
Gemessen wurde zunächst 4-mal täglich, wobei neben Gesamt- und Fäkalcoliformen auch auf
Fäkalstreptokokken und Salmonellen geprüft wurde.
Die chemischen Sonderuntersuchungen in Bunthaus und Seemannshöft (16.08.-17.09.02)
umfassten in der Wasserphase (unfiltriert) Schwermetalle (Pb, Cd, Cr, Cu, Ni, Hg, Zn) und
Arsen sowie in Zentrifugenschwebstoffen Schwermetalle, Kohlenwasserstoffe, Chlorbenzole,
PCB, HCH, PCDD/F, DDT und Metaboliten, PAK, Organozinnverbindungen u.a. entsprechend
einer Empfehlung des Umweltbundesamtes zur Untersuchung durch das Hochwasser abgelagerter
Schlämme [1].
Radioaktivitätsmessungen werden routinemäßig an monatlichen Sammelproben von Wasser
und Schwebstoffen durchgeführt. Während des Hochwassers wurden kürzere Zeitintervalle
gewählt.
Zentrifugenschwebstoff-Proben von Seemannshöft wurden zur Einschätzung der summarischen
Schadwirkung ergänzend vom BIS an der TU Hamburg Harburg ökotoxikologisch untersucht
. Zum Einsatz kamen der Leuchtbakterientest (Eluat und methanolischer Extrakt in 5
Verdünnungsstufen) mit Vibrio fischeri, ein Algenwachstumshemmtest (Eluat in 5 Verdünnungsstufen)
mit Pseudokirchneriella subcapitata sowie zwei Sedimentkontakttests mit dem
Bakterium Bacillus cereus (in 7 Verdünnungsstufen) und dem Nematoden Caenorhabditis
elegans.
2 Ergebnisse
Kontinuierliche Gewässerüberwachung
Die Aufzeichnungen in der Messstation Bunthaus zeigten bereits einige Tage vor Durchgang
des Hochwasserscheitels (24./25.08.02 in Hamburg) einen deutlichen Rückgang der Leitfähigkeit,
des pH-Wertes und des Sauerstoffgehalts (Abbildung 1), was auf die Verdünnung des
Elbewassers durch die enormen Regenwassermengen zurückzuführen war. Auch die Trübung
nahm ab, zeigte aber ab 21.08.02 vor allem deutlich einen weiteren Effekt: Bei normalem
Abfluss von etwa 500 m³/s lassen sich in der Trübungskurve deutlich Ebbe und Flut ablesen.
Während der Flutwelle (Maximum 3400 m³/s) wurde der Tidebereich durch die großen Wassermengen
flussabwärts gedrückt und Ebbe und Flut waren bei Bunthaus praktisch nicht mehr zu
erkennen. Ab 03.09.02 setzten sich Ebbe und Flut wieder durch, die Trübungswerte lagen aber
noch deutlich niedriger als vor der Flutwelle. Schwebstoffe hatten sich offenbar auf Überschwemmungsflächen
vor Hamburg abgelagert. Algen- und Daphnientoximeter zeigten
während des Hochwassers keine besonderen Auffälligkeiten.
Bakteriologische Untersuchungen
Bereits bevor der Hochwasserscheitel Hamburg erreichte, war bei Bunthaus und Seemannshöft
eine deutlich erhöhte Anzahl an Gesamtcoliformen Bakterien zu verzeichnen (Abbildung 2).
Zieht man als Anhaltspunkt die Badegewässer-Grenzwerte heran, so wären diese für Gesamtcoliforme
Keime überschritten. Der Grenzwert für Fäkalcoliforme Keime wurde dagegen zu
jedem Zeitpunkt eingehalten. Fäkalstreptokokken waren bei Bunthaus gegenüber Referenzwerten
vor der Flut etwa bis zum 4-fachen erhöht, bei Seemannshöft lagen sie noch im
normalen, ohnehin größeren Schwankungsbereich. Salmonellen wurden nicht nachgewiesen.
Chemische Untersuchungen
In Wassermischproben (6h) von Bunthaus und Seemannshöft war bereits einige Tage vor
Durchgang des Hochwasserscheitels ein Anstieg der Konzentrationen vor allem bei Blei (auf
150

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Abfluss (0-4000 m³/s)
m³/s
3000.0
2000.0
1000.0
Abbildung 1: Abfluss bei Neu Darchau; Leitfähigkeit, pH-Wert, Sauerstoffgehalt, Trübung, UV-Absorption und
Temperatur bei Bunthaus (Elbe-km 609,8)
das 5-fache) und Arsen (auf das 2-fache) zu verzeichnen. Auffällig war, dass die Bleikonzentrationen
(Abbildung 3a) in Abhängigkeit von den Schwebstoffgehalten relativ schnell rückläufig
waren, während die Arsenkonzentrationen (Abbildung 3b) deutlich länger auf erhöhtem
Niveau verharrten.
In den Schwebstoffen war für Arsen an beiden Messstellen ein Anstieg bis etwa zum doppelten
Gehalt verglichen mit dem Maximalwert 2001 zu verzeichnen. Für Blei und weitere untersuchte
Schwermetalle waren z.T. geringe Erhöhungen feststellbar, die Ergebnisse waren aber an den
beiden Messstellen nicht immer einheitlich.
Ein Anstieg der Gehalte im Schwebstoff während des Durchlaufens der Hochwasserwelle war
auch für Organozinnverbindungen zu verzeichnen. Abbildung 4a zeigt den Verlauf bei Bunt-
12000
10000
8000
Gesamtcoliforme Keime (Grenzwert: 10.000
Keime/100 ml)
Fäkalcoliforme Keime (Grenzwert: 2.000
Keime/100 ml)
Keime/100 ml
6000
4000
2000
0
19.08. 20.08. 21.08. 22.08. 23.08. 24.08. 25.08. 26.08. 27.08. 28.08. 29.08. 30.08. 31.08. 01.09. 02.09. 03.09. 04.09.
Datum
Abbildung 2: Bakterielle Belastung der Elbe bei Bunthaus (Elbe-km 609,8) im August/September 2002
151

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
6
5
Seemannshöft: Blei µg/l
Bunthaus: Blei µg/l
12
11
10
Seemannshöft: Arsen µg/l
Bunthaus: Arsen µg/l
Konzentration [µg/l]
4
3
2
Konzentration [µg/l]
9
8
7
6
5
1
4
3
0
16. Aug. 19. Aug. 22. Aug. 25. Aug. 28. Aug. 31. Aug. 3. Sep.
2
16. Aug. 19. Aug. 22. Aug. 25. Aug. 28. Aug. 31. Aug. 3. Sep.
Abbildungen 3a und 3b: Blei- bzw. Arsenkonzentrationen in Wassermischproben (Tagesmittelwerte) von Bunthaus
(Elbe-km 609,8) und Seemannshöft (Elbe-km 628,8)
haus, die höchsten Belastungen traten etwa zeitgleich mit dem Hochwasserscheitel in Hamburg
auf. Verglichen mit Maximalwerten des Jahres 2001 waren die Werte um den Faktor 2 (TBT)
bis 13 (Tetrabutylzinn) erhöht. Bei Seemannshöft (Abbildung 4b) war für Mono-, Di- und
Tetrabutylzinn ein ähnlicher zeitlicher Verlauf zu beobachten, für Tributylzinn trat das
Maximum erst 3 Tage später auf, was möglicherweise auf Remobilisierungen im Hafenbereich
durch das Hochwasser zurückzuführen war.
500
450
400
350
Monobutylzinn-Kation
Dibutylzinn-Kation
Tributylzinn-Kation
Tetrabutylzinn
Mittelwert Tetrabutylzinn 2001
Maximalwert Tetrabutylzinn 2001
500
450
400
350
Monobutylzinn-Kation
Dibutylzinn-Kation
Tributylzinn-Kation
Tetrabutylzinn
µg/kg TM
300
250
200
µg/kg TM
300
250
200
150
150
100
100
50
50
0
22.08.02
24.08.02
26.08.02
28.08.02
30.08.02
01.09.02
03.09.02
05.09.02
07.09.02
09.09.02
11.09.02
13.09.02
15.09.02
17.09.02
0
22.08.02
24.08.02
26.08.02
28.08.02
30.08.02
01.09.02
03.09.02
Abbildungen 4a und 4b: Organozinn-Gehalte im Zentrifugenschwebstoff bei Bunthaus (Elbe-km 609,8) und
Seemannshöft (Elbe-km 628,8)
Auch die Gehalte an polychlorierten Dibenzodioxinen und Dibenzofuranen (PCDD/F) im
Schwebstoff lagen über Vergleichswerten aus früheren Jahren und zeigten einen Anstieg
während des Hochwassers (Abbildung 5). Die Hamburger Messwerte lagen höher als von der
Bundesanstalt für Gewässerkunde zum Zeitpunkt des Hochwassers in Magdeburg für vergleichbare
Proben ermittelte Befunde [2]. Ähnliches wurde schon früher beobachtet [3], möglicherweise
spielt die Resuspension alter Sedimente aus Stillwasserbereichen eine Rolle. Das PCDD/
F-Verteilungsmuster war durch Dominanz der Dibenzofurane geprägt. Eine Cluster-Analyse
(unter Einbeziehung von 640 Dioxin-Datensätzen) ergab, dass die Flutproben in dasselbe
Cluster fallen wie Proben aus dem Raum Bitterfeld und Elbesedimente nach Zufluss der Mulde.
Erhöhte Gehalte im Schwebstoff während des Hochwassers wurden ferner übereinstimmend bei
Bunthaus und Seemannshöft für p,p'-DDD und p,p'-DDE festgestellt. Deutlich erhöht waren
152

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
ng WHO-TEQ/kg TM
140
120
100
80
60
40
20
Bunthaus
Seemannshöft
Mittel 99 Bunthaus
Mittel 99 Seemannshöft
0
22.08.02
24.08.02
26.08.02
28.08.02
30.08.02
01.09.02
03.09.02
05.09.02
07.09.02
09.09.02
11.09.02
Abbildung 5: PCDD/F-Gehalte im Zentrifugenschwebstoff bei Bunthaus
(Elbe-km 609,8) und Seemannshöft (Elbe-km 628,8)
außerdem die HCB- und a- und ß-HCH-Gehalte bei Seemannshöft. Auf üblichem Niveau
blieben die PCB-Belastungen. Besondere Verunreinigungen mit Kohlenwasserstoffen traten
nicht auf.
Untersuchungen auf Radioaktivität
Die Untersuchungsergebnisse für radioaktive Inhaltsstoffe (Be-7, K-40, Ra-226, Ac-228,
Th-228, Tc-99m, J-131 und Cs-137) im Wasser und Schwebstoff zeigten keine signifikanten
Änderungen durch das Hochwasser.
Ökotoxikologische Untersuchungen
Der Sedimentkontakttest mit Nematoden wies einen Verlauf mit dem Maximum der Hemmung
am 24.8.02 auf, der tendenziell der Entwicklung der Schadstoffbelastung der Schwebstoffe
während des Durchgangs der Flutwelle entsprach. Die Ergebnisse der übrigen Testsysteme
zeigten andere Tendenzen auf: Der Leuchtbakterientest erbrachte durchgehend eine hohe
Hemmung, und zwar sowohl im Eluat als auch im Methanolextrakt, mit dem potentiell verfügbare,
leicht lipophile Stoffe aus Feststoffen herausgelöst werden. Im Eluat stieg die Toxizität in
der höchsten Verdünnungsstufe sogar am 4.9.02 an, zu einem Zeitpunkt, als die Flutwelle
Hamburg lange passiert hatte. Die Toxizität im Algentest sprang erst verzögert an, am 28.8.
nahm die Hemmung deutlich zu und stieg dann nochmals am 4.9.02 in der hohen Eluatverdünnung.
Die Toxizität im Algentest erhöhte sich mit abnehmender Abflussmenge, was auf Stoffe,
deren Konzentrationen durch die großen Wassermengen verdünnt und mit rückläufigen
Abflussmengen wieder zunahmen, als mögliche Ursache hinweist.
3 Fazit
Überschwemmte Kläranlagen im Katastrophengebiet haben zu einer erhöhten bakteriellen
Belastung der Elbe in Hamburg bereits Tage vor dem Eintreffen des Hochwasserscheitels
geführt. Der Anstieg der Belastungen mit Arsen und Blei im Wasser und Schwebstoff sowie mit
Organozinnverbindungen (insbesondere Tetrabutylzinn) und PCDD/F im Schwebstoff während
des Durchlaufens der Hochwasserwelle spricht dafür, dass Altlasten im Muldegebiet abgeschwemmt
wurden, da das Schadstoffmuster typisch für die Mulde ist [2,4]. Das bestätigen die
153

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
PCDD/F-Verteilungsmuster, die auf eine Herkunft aus dem Bitterfelder Raum hindeuten.
Höhere PCDD/F-Gehalte in Hamburger Schwebstoffproben im Vergleich zu entsprechenden
Daten für Magdeburg [2] wurden schon früher beobachtet [3], ausgeräumte Buhnenfelder/ Stillwasserbereiche
kommen als Ursache in Frage.
Eine Frachtenabschätzung ergab, dass bei Bunthaus die Tagesfracht an Arsen etwa das 10-fache
der mittleren Tagesfracht 2001 betrug, für Tetrabutylzinn sogar fast das 100-fache.
Die Schwebstoffproben zeigten ein hohes toxisches Potential, wobei nur die Toxizität im
Nematodentest parallel zum Anstieg verschiedener Schadstoffe während des Hochwassers
verlief.
4 Literatur
[1] Markard, Ch., Umweltbundesamt: Staatssekretärsrunde am 18.08.2002 im BMU, Berlin, 19.08.2002
[2] Bundesanstalt für Gewässerkunde: Das Augusthochwasser 2002 im Elbegebiet, Koblenz, September
2002
[3] Freie und Hansestadt Hamburg, Umweltbehörde, Hamburger Umweltberichte 57/99, Hamburg,
Oktober 99
[4] Heininger, P. et al.: Elbe-Hochwasser 2002 - Schadstoffbelastung und Ökotoxizität von Sedimenten,
Schwebstoffen und Auenböden, Kurzreferate der Wasserchemischen Gesellschaft der GdCh, Jahrestagung
2003, Stade, Mai 2003
Auswirkungen der Augusthochwasserereignisse 2002 auf den Tal-
Grundwasserkörper im Stadtgebiet Dresden
Thomas Sommer, Kirsten Ullrich, Ludwig Luckner
Dresdner Grundwasserforschungszentrum e.V., Meraner Straße 10, 01217 Dresden, Tel 0351/4050676,
Fax 0351/4050679, tsommer@dgfz.de
1 Problemstellung
Seit dem August-Hochwasser 2002 hat die Landeshauptstadt Dresden nicht nur mit der Nachsorge
der Schäden im städtischen und Infrastrukturbereich zu kämpfen, sondern mit einem
Phänomen, das in dieser Schärfe lange aus dem Bewusstsein der Dresdner verdrängt war: die
Grundwasserstände sind im August um bis zu 6 m angestiegen und gehen seither nur langsam
zurück (LfUG 2003). Messungen in der Folge der Hochwasserereignisse belegen, dass die
Grundwasserstände vor allem im Osten Dresdens bis auf weniger als 1 m unter Gelände angestiegen
sind. Die Abb. 1 widerspiegelt die eingetretenen flächenhaften Oberflächenvernässungen.
Die extremen Grundwasseranstiege können in urbanen Gebieten sowohl Auswirkungen auf
Fragen der Bauleitplanung als auch auf die Grundwasserbeschaffenheit durch bisher unbeeinflusste
Altlastenstandorte haben. Beide Fragestellungen sind bisher sowohl im Stadtgebiet von
Dresden als auch deutschlandweit nicht oder nur wenig wissenschaftlich durchdrungen. Das
BMBF-Ad-hoc-Forschungsprojekt "Auswirkungen der August-HW-Ereignisse 2002 auf die
Tal-Grundwasser-Körper im Raum Dresden - Lösungsansätze und Handlungsempfehlungen"
stellt sich diesen Fragen exemplarisch für den Bereich der Landeshauptstadt Dresden.
154

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
a) b)
überflutete Bereiche und Oberflächengewässer; 1 – 3 m 4 m
4 – 10 m; Lage der Grundwassermessstelle Südhöhe (s. Abb. 4)
Abb. 1 Karte der Grundwasserflurabstände a) 28. 08. 2002; b) 08. 12. 2002
Quelle: LfUG/DGC/Landeshauptstadt Dresden (2003)
2 Methodik
Das Forschungsprojekt ist in seiner Struktur in 6 Arbeitspakete gegliedert, die sich vorrangig an
städtisch relevanten Fragestellungen orientieren (s. Abb. 2).
Hauptschwerpunkt des Projektes ist das Arbeitspaket 1 zur Grundwasserdynamik und modellierung
mit den folgenden Inhalten:
• Neubewertung der Speisung des Tal-Grundwasser-Körpers bei extremen Niederschlags-,
Überschwemmungs- und Oberflächenwasserstandsereignissen im Stadtgebiet Dresden.
• Erweiterung des bestehenden GW-Modells Innenstadt der Stadt Dresden auf die relevanten
Bereiche und Anbindung an moderne Auswertungs- und Visualisierungstechnologien auf
der Basis der DV-Instrumente des Umweltamtes.
• Schaffung eines Handlungskonzepts für vorsorgende, operative und nachsorgenden Hochwasserschutzmaßnahmen
bei extremen Grundwasser-Standsentwicklungen.
• Ableitung neuer Bemessungsgrundlagen für Bauleitplanung und Investitionsvorbereitung.
Als Forschungsziel wird die exemplarische Bewertung von Schäden für einen unter urbanen
Räumen genutzten Grundwasserkörper nach Menge und Beschaffenheit in der Folge von
extremen Hochwasserereignissen mit ausgedehnten Überflutungsarealen gesehen. Die
Forschungsergebnisse sollen neben unmittelbar für die beantragende Vollzugsbehörde nutzbaren
Handlungsempfehlungen auch verallgemeinerbare Aussagen für die Beeinträchtigung
von Talgrundwasserleitern in vergleichbaren urbanen Gebieten im Freistaat Sachsen und in
anderen Gebieten Deutschlands liefern. Die Handlungsempfehlungen sollen sich sowohl auf die
Maßnahmen des vorsorgenden als auch des operativen und des nachsorgenden Hochwasser-
Schutzes beziehen.
155

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Projektleitgruppe
PTJ - Herr Wittmann
SMUL - Herr Dr. Eckardt
LfUG - Frau Kuhn
DD / UA - Frau Dr. Ullrich
StUFA Rdbl. - Herr Piechniczek
BMBF-Projekt
Hochwassernachsorge Grundwasser Dresden
Wiss. Begleitung / Koordination
Dresdner
Grundwasserforschungszentrum e.V.
Land Sachsen (SMUL / LfUG / StUFA)
• GW-Dynamik / Messnetz
• Beschaffenheit Friedrichstadt
• Beschaffenheit Radebeul/Kaditz
• Grundwasserbobachtung Dresden
Stadt Dresden / GB Wirtschaft
Umweltamt
Amt f. Abfall und Stadtreinigung
Brand- und Katastrophenschutzamt
BMBF / PTJ-UMW
ZE: Landeshauptstadt Dresden / Förderquote 100 %
AP 1: Grundwasserdynamik/-modellierung
AP2 : Grundwasser-Beschaffenheit
AP 3: Altlasten, Schlämme und Abfälle
AP 4: Undichte Kanäle
AP 5: Ergebnis-Übertragung
AP 6: Wiss. Begleitung / Koordination
Abb. 2 Projektstruktur
3 Erste Ergebnisse
Erste Ergebnisse lassen sich zur Grundwasserdynamik aufzeigen. Die extrem angestiegenen
Grundwasserstände können auf drei Ursachen zurückgeführt werden, für die hier exemplarische
Beispiele aufgezeigt werden sollen. Die Abb. 3 zeigt zwei Messstellen, die in ihrer Position zum
Vorfluter unterschiedlich zu bewerten sind. Während in der Messstelle 3595 (Abb. 3a)), die ca.
2 km von der Elbe entfernt liegt; der Grundwasseranstieg bereits vor dem Höhepunkt des Elbehochwassers
einsetzt, so dass er auf die Starkniederschläge und die hierdurch bewirkte Grundwasserneubildung
zurückzuführen ist (LfUG 2003), kann man anhand der Daten der Messstelle
3538 (Abb. 3a)) deutlich den Einfluss durch die Elbe erkennen.
Eine Grundwassermessstelle auf dem Gelände des DGFZ, die den liegenden Kreide-Grundwasserleiter
in ca. 40 m u. GOK repräsentiert (DGFZ 2000), zeigte im Zeitraum 13.08. bis
GWSt. in mHN
113,00
112,00
111,00
110,00
109,00
108,00
107,00
106,00
105,00
104,00
Grundwasserstandsentwicklung Messstelle 3595
Hauptbahnhof
langj. Mittelwert
Elbe
103,00
1.7 15.7 29.7 12.8 26.8 9.9 23.9 7.10 21.10 4.11 18.11
Datum
a)
GWSt. in mHN
113.00
112.00
111.00
110.00
109.00
108.00
107.00
106.00
105.00
104.00
103.00
Grundwasserstandsentwicklung Messstelle 3538
1.7 15.7 29.7 12.8 26.8 9.9 23.9 7.10 21.10 4.11 18.11
Datum
b)
Pegel Wallstr.
langj. Mittelwert
Elbe
Abb. 3
Grundwasserganglinien Entfernungen zur Elbe von a) 2 km und b) 500 m
Quelle: LfUG/DGC/Landeshauptstadt Dresden (2003)
156

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Detail 11. 8. 2002 - 21. 8. 2002
m ü. NN
159
158
157
156
155
m ü. NN
159
158
157
156
155
154
153
152
17:00:00
17:00:00
17:00:00
154
153
Grundwasserganglinie Südhöhe
152
01.06.01
01.07.01
01.08.01
01.09.01
01.10.01
01.11.01
01.12.01
01.01.02
01.02.02
01.03.02
01.04.02
01.05.02
01.06.02
01.07.02
01.08.02
01.09.02
01.10.02
01.11.02
01.12.02
01.01.03
01.02.03
01.03.03
01.04.03
01.05.03
17:00:00
01.06.03
17:00:00
17:00:00
11.8. 12.8. 13.8.14.8.15.8. 16.8.17.8. 18.8. 19.8.20.8.21.8.
17:00:00
17:00:00
17:00:00
17:00:00
17:00:00
17:00:00
Abb. 4
Grundwasserganglinie der Festgesteins-Grundwassermessstelle auf dem Gelände des
DGFZ (Südhöhe) mit extremem Grundwasseranstieg im Zeitraum 13. – 17.08.2002
17.08.2002 ebenfalls einen Anstieg um bis zu 5 m (Abb. 4), so dass für den Talgrundwasserleiter
zusätzlich von einer Zunahme der Liegendspeisung ausgegangen werden muss.
4 Ausblick und Forschungsbedarf
Ausgehend von den Erfahrungen im Stadtgebiet von Dresden und mit Blick auf die Forschungsinhalte
zu Hochwasservorsorge, management und -nachsorge in Deutschland und Europa wird
ein erheblicher Forschungsbedarf zur Interaktion zwischen Niederschlag, Hochwasser und
Grundwasser gesehen. Dieser lässt sich in vier Forschungsschwerpunkte gliedern:
1) Extreme Niederschläge und Grundwasseranstieg
Über die Kluftsysteme im Pläner dürfte es während des August-Niederschlagsereignisses 2002
zu einer ungewöhnlichen Speisung des quartären Talgrundwasserleiters im Stadtgebiet
gekommen sein. Diese Speisung ist bei den Betrachtungen zu Ursachen hoher Grundwasserstände
in Folge extremer Niederschlags- und Hochwasserereignisse bislang zu wenig oder
unberücksichtigt geblieben.
2) Interaktion Oberflächenwasser und Grundwasser
Die weitaus größere Speisung erhielt der quartäre Dresdner Talgrundwasserleiter jedoch vor
allem aus den Überflutungsflächen der Weißeritz, der Elbe und der übrigen Oberflächengewässer
im Stadtgebiet sowie den hohen Niederschlagsspenden und den eingestauten unter
Druck geratenen Abwasserkanälen. Eine Prognose des Abklingens von Grundwasserständen
nach extremen Niederschlags- und Hochwasserereignissen ist mit den gegenwärtigen Modellwerkzeugen
aber nur unzulänglich möglich. Forschungsbedarf wird deshalb hier in der Prozessuntersuchung
zur Interaktion zwischen Speisung eines Grundwasserleiters durch das
Hochwasser in Überlagerung des GW-Anstieges aus dem Liegenden in Folge von Drucktransfer
aus den Speisungsgebieten gesehen.
3) Wirkung der "technogenen Schicht" in urbanen Räumen
Der Untergrund urbaner Räume weist durch zahlreiche Infrastrukturbauwerke (Kanalisationen)
bevorzugte Fließwege auf, die im Hochwasserfall, sowohl ausgehend vom eindringenden
157

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Hochwasser als auch vom ansteigenden Grundwasser zu nicht oder nur schwer erfassbaren
bevorzugten Fließpfaden führten. Hier wird, was die Wirkung dieser "technogenen Schicht" auf
die Entwicklung von Grundwasserständen während und nach extremen Niederschlags- und
Hochwasserereignissen und deren Umsetzung in einem gekoppelten Strömungsmodell betrifft,
Forschungsbedarf gesehen.
4) Modelltechnische Entwicklungsarbeiten
Die Forschungen zu den oben aufgezeigten prozessbezogenen Wissensdefiziten sollten in die
Entwicklung eines Modellwerkzeugs für eine integrierende, ganzheitliche hydromechanisch
basierte Prozesssimulation im public domain einmünden. Darin sollen Oberflächengewässerund
Grundwasserhydraulik sowie Bodenmechanik auf der Basis von Gelände- und Geosystemmodellen
als ein gekoppeltes System erfasst werden. Wichtig für solch ein Modellwerkzeug im
public domain ist ein wissenschaftlich fundiertes und zukunftsorientiertes Softwarekonzept, das
die Kombination verschiedener Programme und eine permanente Erweiterbarkeit und Fortentwicklung
auf nationaler und internationaler Basis ermöglicht.
5 Literatur
DGFZ (2000): Kurzdokumentation der Forschungsbohrung LBG 1/99 und deren geologischen Umfeldes
Auftraggeber: Staatliches Umweltfachamt Radebeul, Dresden, 14.09.2000 (unveröff.)
LfUG (2003): Einfluss des August-Hochwassers 2002 auf das Grundwasser. Hrsg.: Sächsisches Landesamt
für Umwelt und Geologie, Dresden, Mai 2003.
LfUG/DGC/Landeshauptstadt Dresden (2003): BMBF-Forschungsprojekt "Auswirkungen der August-HW-
Ereignisse 2002 auf die Tal-Grundwasser-Körper im Raum Dresden - Lösungsansätze und Handlungsempfehlungen".
Grundwasserstandsdaten, Bestandsaufnahme und Dokumentation. Dresdner Grundwasser
Consulting GmbH im Auftrag des Landesamtes für Umwelt und Geologie, Dresden, 14.03.2003
(unveröff.)
Das Vorkommen von "Dioxinen" in der Elbe
Burkhard Stachel 1 , Wilhelm Knoth 2 , Frank Krüger 3 , Heinrich Reincke 1 , René Schwartz 4 , Steffen Uhlig 5
1 Wassergütestelle Elbe der ARGE ELBE, Neßdeich 120-121, 21129 Hamburg; Fax 040/42854-7778,
burkhard.stachel@arge-elbe.de
2 Umweltbundesamt, POP-Labor, II 6.5, PF 1468, 63204 Langen
3 ELANA - Falkenberg, Dorfstr. 55, 39615 Falkenberg; Tel 039386/97121
4 Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB), Müggelseedamm 310, 12561 Berlin; 030/64181-
678
5
quo data, Siedlerweg 20, 01465 Dresden-Langebrück
Während der Hochwassersituation im August 2002 stand das Vorkommen von "Dioxinen" und
dioxinähnlichen PCB im Focus des öffentlichen Interesses. Bestimmt wurden diese Kontaminanten
in Schwebstoffen und oberflächennahen Sedimenten der Elbe und Mulde, in landseitig
abgelagerten Hochwassersedimenten (sog. "Schlämmen") und in Fischen. Auf der Basis von
Analysenergebnissen erfolgte mit Hilfe einer statistischen Analyse die Zuordnung von Schwebstoff-
und Sedimentproben zu möglichen Emittenten.
Als bedeutendste Eintragsquelle für "Dioxine" und dioxinähnliche PCB in die Elbe erwies sich
die Mulde bzw. das Muldeeinzugsgebiet. Mit dem Hochwasser wurden die Kontaminanten aus
dem Schadstoffinventar des ehem. Industriestandorts Bitterfeld abgeschwemmt und über kleinere
Gewässer in die Mulde und Elbe transportiert. Die bei Obristvi gelegene chemische Fabrik
158

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Spolana, die während des Hochwassers von der Flut vollständig überschwemmt war, ist ein
weiterer Emittent für diese Schadstoffe.
Die während der Hochwassersituation entnommenen Schwebstoffe wiesen an den unterschiedlichen
Messstellen folgenden Schadstoffgehalte auf (in ng WHO-TEQ/kg TM oder ng I-TEQ/
kg TM): Höhe Spolana und Obristvi (km -115)=7 bzw. 11, Schmilka (km 4)=20, Wittenberg-
Lutherstadt (km 220)=4-16, Mulde bei Dessau (km 260)=25-151, Magdeburg (km 318)=37-86,
Bunthaus/Zollenspieker (km 610)=55-119. Zum Vergleich: in Schwebstoffen aus der Mulde
fand die Umweltbehörde Hamburg im Jahr 1998 einen I-TEQ-Wert von 137 ng/kg TM, bei
Bunthaus/Zollenspieker lag dieser Wert bei 66 und 73 ng WHO-TEQ/kg TM (Hamburger
Umweltberichte 57/99).
Landseitig abgelagerte "Schlämme" aus Sachsen und Niedersachsen zeigten geringe "Dioxin"-
Gehalte, sie lagen im Konzentrationsbereich von 6-14 (Oberes Elbtal) bzw. 1-45 (Mittlere
Elbe).
Nach dem Abklingen der Flut wurden an 37 Messstellen entlang der Elbe von der Nordsee bis
Obristvi oberflächennahe Sedimente entnommen und analysiert. Die Gehalte lagen (in ng
I-TEQ/kg TM) im tschechischen Abschnitt im Bereich von 3-23, im deutschen Abschnitt von
1-142. Sie lagen damit in der gleichen Größenordnung wie in den Schwebstoffen. In und unterhalb
der Muldemündung stieg die Konzentration um das acht- bis neunfache auf 126 bzw. 142,
was diesen Nebenfluss erneut als Schadstoffquelle hervorhebt.
In der Literatur wird für Sedimente ein "save sediment value" von 20 ng I-TEQ/kg TM genannt
(Evers et al. 1996). Als Entscheidungshilfe für die Bewertung von Sedimenten empfehlen
Calmano et al. (2001) einen Maßnahmewert von 100 ng I-TEQ/kg TM. Auf der Basis des "save
sediment values" ist damit der größte Teil der Schwebstoffe als belastet einzustufen. In Proben
aus der Muldemündung bei Dessau und vom Stromspaltungsgebiet bei Bunthaus/Zollenspieker
lagen die I-TEQ-Werte z. T. noch deutlich oberhalb des Maßnahmewertes von 100 ng WHO-
TEQ/kg TM.
Für die Einschätzung der "Dioxin"-Gehalte in den "Schlämmen" kann der Richtwert der
Bundesbodenschutzverordnung eine Bewertungsgrundlage sein. Unter Berücksichtigung des
Wertes von 100 ng I-TEQ/kg TM (Kinderspielflächen) sind die o. g. als niedrig einzustufen.
Nach dem Hochwasser wurden Aale, Döbel und Alande aus der Elbe untersucht ("Dioxine" und
dioxinähnliche PCB), um die mögliche Schadstoffakkumulation im Muskelfleisch von Fischen
abschätzen zu können. Die Aale stammen vom Fangort Gorleben (24 vermarktungsfähige
Exemplare), die beiden Weißfischarten von den Fangorten Schmilka und Meißen (insgesamt 7
Exemplare). In den Aalen lagen die WHO-TEQ-Werte (in pg WHO-TEQ/g FG) zwischen 11
und 56, in den Weißfischen zwischen 2 und 7.
Für eine Einschätzung der Ergebnisse ist die Verordnung (EG) Nr. 2375/2001 des Rates vom
29. November 2001 als Bewertungsgrundlage maßgeblich. Für Fische (Muskelfleisch) beträgt
der Höchstwert für "Dioxine" 4 pg WHO-TEQ/g FG, wobei bis Ende 2004 auch die dioxinähnlichen
PCB in die festzusetzenden Höchstmengen einbezogen werden sollen. Unter Zugrundelegung
des o. g. Höchstwertes wird bei 13 von 24 Aalen (54%) dieser Wert überschritten oder
erreicht, bei den Weißfischen wird er unterschritten. Bei der vorgesehenen Einbeziehung der
dioxinähnlichen PCB und Modifizierung der Höchstmengen durch die EG ist davon auszugehen,
dass weitaus mehr Aale zu beanstanden wären.
Zum Vergleich: Früher durchgeführte Untersuchungen von Aalen aus der Elbe zeigten ebenfalls
ein hohes Belastungsniveau. So wurde in einer Aal-Mischprobe aus dem Flussabschnitt
159

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
von Zollenspieker bis Geesthacht ein "Dioxin"-Gehalt (inkl. 3 dioxinähnliche PCB) von 42 pg
I-TEQ/g FG analysiert (1995/96, Hamburger Umweltberichte 55/98).
In der weitergehenden multivariaten Analyse der Messergebnisse zeigte sich, dass die Analysen
von Schlamm- und Schwebstoffproben sehr gut miteinander vergleichbar sind. Es wurde ein
mathematisch-statistisches Modell entwickelt, welches - auf der Basis dieser insgesamt 73
Proben - eine räumliche Identifizierung der dominierenden Punktquellen und eine grobe
Abschätzung ihres Beitrags zur Gesamtbelastung an "Dioxinen" ermöglicht. Dabei wurde festgestellt,
dass sich jeder Emittent in der Regel durch ein spezifisches Kongenerenmuster
auszeichnet. Als dominierende Emittentin erwies sich die Mulde, jedoch konnten auch einige
weitere Emittenten sowohl im deutschen als auch im tschechischen Teil der Elbe eingegrenzt
werden.
Eine wichtige Voraussetzung zur Beurteilung der Ergebnisse ist die präzise Kenntnis der analytischen
Unsicherheit. Deshalb erfolgte im Rahmen dieser Analyse eine statistische Auswertung
der Ergebnisse eines entsprechenden Ringversuches, der von der Umweltbehörde Hamburg
ausgerichtet worden war. Die Auswertung zeigte, dass sich die Messunsicherheit, ausgedrückt
durch die Vergleichstandardabweichung, in guter Näherung durch eine adaptierte Horwitz-
Funktion beschreiben lässt. Diese Funktion bildet die Grundlage des neu entwickelten Modells.
Erschwerend für die Analyse der Ergebnisse erwies sich der Umstand, dass die angegebenen
Nachweis- bzw. Bestimmungsgrenzen je nach Labor sehr unterschiedlich ausfielen. Auffällig
war auch, dass in einer ganzen Reihe von Proben bestimmte Kongenere nicht nachgewiesen
bzw. bestimmt werden konnten, obwohl für diese aufgrund des geschätzten Kongenerenmusters
ein deutlich über der Bestimmungsgrenze liegender Wert hätte erwartet werden können. Es ist
daher zu vermuten, dass falsch-negative Ergebnisse auch dann auftreten können, wenn die
Konzentration des Analyten deutlich oberhalb der Bestimmungsgrenze liegt. Es erscheint in
diesem Zusammenhang sehr wichtig, für zukünftige Untersuchungen präzisere Daten über die
Rate falsch-negativer Bestimmungen bereitzustellen, um unter der Bestimmungs- bzw. Nachweisgrenze
liegende Analysenergebnisse besser beurteilen zu können.
Die dargestellten Ergebnisse lassen folgenden Untersuchungsbedarf erkennen:
• Fang und Untersuchung von weiteren Fischen aus der Elbe und ihrer relevanten Nebenflüsse,
um eine bessere Beurteilungsgrundlage zum Vorkommen von "Dioxinen" und dioxinähnlichen
PCB zur Verfügung zu haben.
• Durchführung von Sanierungsuntersuchungen an der Mulde im Raum Bitterfeld mit dem
Ziel, das Schadstoffinventar abschätzen und aus dem Stoffkreislauf entfernen zu können.
Gerade Hochwasserereignisse führen zu einem unkontrollierten Austrag von "Dioxinen"
und dioxinähnlichen PCB. Diese Art von Untersuchungen haben einen hohen praktischen
Stellenwert, um die Schadstoffemissionen in die Elbe deutlich reduzieren zu können.
• Das im Rahmen der oben genannten statistischen Untersuchungen entwickelte Modell verwendet
nur die zu dem jeweiligen Hauptfluss (Elbe) gehörigen Analysedaten. Die Einbeziehung
von Analysedaten der Nebenflüsse, insbesondere der Moldau oder der Mulde, musste
unterbleiben, zumal die Mischungsverhältnisse aufgrund der außerordentlichen Bedingungen
während der Flut nicht präzise bestimmt werden konnten. Es ist jedoch für eine präzisere
Abschätzung möglicher Schadstoffemittenten erforderlich, dass die Gesamtheit der in
dem Flusssystem erhobenen Daten einbezogen wird. Dies erfordert ein deutlich komplexeres
mathematisches Modell sowie ein geeignetes Verfahrens zur Abschätzung der Modellparameter.
Im Rahmen des aktuellen Projektes konnte dieses Verfahren nicht mehr
erarbeitet werden.
160

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
• Die dem Modell zugrundeliegende Idee, Schadstoffemittenten anhand räumlich bzw. zeitlich
verschiedener Kongenerenmuster lokalisieren zu können, ist grundsätzlich auch zur
Auswertung von Analysendaten von Proben pflanzlicher und tierischer Herkunft möglich.
Es liegt daher nahe, das entwickelte statistische Modell für die Auswertung solcher Proben
zu adaptieren. Dies würde es ermöglichen, die Herkunft verschiedener Emittenten in zeitlicher
und räumlicher Hinsicht besser abgrenzen zu können und zugleich etwa erforderliche
Maßnahmen zum Schutz der Verbraucher wirkungsvoller und zugleich kostengünstiger
durchführen zu können.
Fazit: Während der Hochwassersituation sind in der Elbe relativ hohe Gehalte an "Dioxinen"
und dioxinähnlichen PCB analysiert worden. Unter Berücksichtigung der durch das Hochwasser
verursachten hohen Oberwasserabflüsse ist davon auszugehen, dass die in den Fluss
gelangten Schadstofffrachten erheblich gewesen sind. Eine räumliche Identifizierung der dominierenden
Punktquellen und eine grobe Abschätzung ihres Beitrags zur Gesamtbelastung an
"Dioxinen" unter Anwendung multivariater statistischer Methoden erscheint möglich. Die überwiegend
hohen Schadstoffgehalte in Elbefischen belegen, dass diese Kontaminanten im
Muskelfleisch von Elbfischen gut akkumulieren; geltende Höchstmengen werden in Aalen
überschritten.
Literatur
Erik H.G. Evers, Remi W.P.M. Laane and Gerard J.J. Groeneveld.: Levels, temporal trends and risk of
dioxins and related compounds in Dutch aquatic environment. Organohalogen compounds Vol. 18
(1996), pp 117-122
Untersuchung und Bewertung von Sedimenten. Hrsg.: W. Calmano, Springer Vlg. 2001
Belastungssituation im Regierungsbezirk Lüneburg: Der Pfad Boden-
Pflanze-Tier. Ein Zwischenbericht.
Dorit Stehr
Bezirksregierung Lüneburg, Dezernat für Veterinärangelegenheiten und Verbraucherschutz, Auf der
Hude 2, 21339 Lüneburg, Tel 04131/15-2559, Fax 04131/15-2988, Dorit.Stehr@br-lg.niedersachsen.de
1 Ausgangslage
In Niedersachsen grenzen fünf Landkreise mit einer Gesamtflusslänge von ca. 235 km direkt an
die Elbe und waren oder sind somit von dem Hochwasser 2002 und seinen Folgen betroffen.
Alle fünf Landkreise gehören zum Regierungsbezirk Lüneburg. Im tidefreien Mittelelbebereich
handelt es sich dabei um die Landkreise Lüchow-Dannenberg, Lüneburg und Harburg. Das
Überschwemmungsgebiet der Elbe umfasst allein zwischen Schnackenburg und Lauenburg ca.
6 300 ha (die Flächengröße beinhaltet die Buhnenfelder der Elbe bis zur Streichlinie der
Buhnenköpfe). Davon werden etwa 3 800 ha landwirtschaftlich genutzt, wovon weniger als 100
ha als Ackerland zur Verfügung stehen. Diese Flächen gehören zum Biosphärenreservat
Elbtalaue, dessen Verwaltung ebenso zur Abteilung 5 der Bezirksregierung Lüneburg gehört
wie die Dezernate für Naturschutz, Wasserwirtschaft und Wasserrecht, Abfallwirtschaft und
Immissionsschutz, Landwirtschaft sowie Veterinärangelegenheiten und Verbraucherschutz.
Letztere unterstehen dem Niedersächsischen Ministerium für den ländlichen Raum, Ernährung,
Landwirtschaft und Verbraucherschutz (ML), die anderen dem Niedersächsischen Umweltministerium.
Bei kreis- und aufgabenübergreifenden Problemstellungen ist somit unter dem Dach
der Bezirksregierung ein Höchstmaß an Koordinierung und Bündelung gegeben.
161

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Seitdem die Elbe durch den Deichbau auf ihr jetziges Flussbett beschränkt ist, werden im
Rahmen der landwirtschaftlichen Nutzung große Flächen des Elbdeichvorlandes und des
Deiches zur Milchvieh- und Schafhaltung sowie zur Futtermittelgewinnung bewirtschaftet.
Auch kommt in bislang noch vergleichsweise geringem Umfang Fischwirtschaft vor.
In Niedersachsen sind die Veterinär- und Lebensmittelüberwachungsbehörden der Landkreise
für den gesundheitlichen Verbraucherschutz vor Ort zuständig. Betrifft eine Gefahrenlage
mehrere Landkreise, liegt die Koordinierung - wie auch die Fachaufsicht - bei dem Dezernat für
Veterinärangelegenheiten und Verbraucherschutz der jeweiligen Bezirksregierung.
Noch während der Katastrophenlage im August 2002 wurde die Frage aufgeworfen, welche
Folgen die Flut für die Lebensmittelsicherheit im betroffenen elbnahen Bereich haben könne.
Für die Überschwemmungsflächen der Elbe ist der Themenbereich der Dioxinbelastungen in
Boden und Sedimenten von besonderer Relevanz.
2 Vorbemerkungen
Eine im Jahr 1993 abgeschlossene Untersuchungsstudie des ML in Zusammenarbeit mit der
Bezirksregierung Lüneburg und dem Niedersächsischen Landesamt für Bodenforschung
(NLfB) hat gezeigt, dass an verschiedenen Standorten der niedersächsischen Elbmarsch eine
Bodenbelastung mit polychlorierten Dibenzopedioxinen und Dibenzofuranen (PCDD/F)
vorliegt. Ferner liegt ein Bericht über Untersuchungen von Lebensmitteln aus Schleswig-
Holstein auf polychlorierte Dibenzodioxine und Furane der Ministerin für Natur und Umwelt
des Landes Schleswig-Holstein von 1995 vor. Weitere Ergebnisse sind dem Jahresbericht des
ML von 1998 zu entnehmen sowie den umfangreichen Unterlagen über ein Biomonitoring in
der Elbmarsch Anfang der 90-er Jahre, das vom hiesigen Gesundheitsdezernat durchgeführt
wurde. Der Dioxingehalt fetthaltiger Matrices von Lebensmitteln tierischer Herkunft im
elbnahen Bereich liegt regelmäßig geringfügig über der "normalen" Hintergrundbelastung. Es
ist von einem Eintrag der PCDD/F-Rückstände aus Boden oder Sediment über das Futtermittel
in die Nutztiere auszugehen. Eine direkte Dioxinaufnahme der Pflanzen durch die Wurzeln
erfolgt außer z. B. bei Zucchini nicht. Der Einfluss regelmäßiger Überschwemmungen, insbesondere
des außergewöhnlichen Hochwassers im August 2002, und anderer äußerer Umstände
ist daher zu ermitteln.
PCDD/F-Grenzwerte für Futter- und Lebensmittel gibt es erst seit Mai resp. Juli 2002. Die
rechtliche Beurteilungsgrundlage (Festsetzung von Höchstmengen) für PCDD/F-Rückstände in
Lebensmitteln bildet die VO (EG) Nr. 466/2001. Ergänzend wurden durch die Empfehlung der
Kommission Nr. 2002/201/EG Auslösewerte für PCDD/F-Rückstände in Lebens- und Futtermitteln
veröffentlicht, bei deren Überschreitungen unter anderem eine Untersuchung zur
Ermittlung der Kontaminationsquelle und Maßnahmen zur Beschränkung oder Beseitigung der
Kontaminationsquelle ergriffen werden sollten.
Obwohl Sedimentuntersuchungen des NLWK während des Augusthochwassers zunächst keine
Hinweise auf eine erhöhte Dioxinbelastung der Elbfracht gaben, war eine verstärkte Resuspendierung
von Sedimenten aus Buhnenfeldern aufgrund der außergewöhnlich hohen Wasserführung
der Elbe nicht auszuschließen.
3 Verwaltungshandeln
Vor dem o. g. Hintergrund wurden unmittelbar nach dem Hochwasser 2002 zeitnah gezielte
Untersuchungen verschiedener Lebens- und Futtermittel auf PCDD/F-Rückstände durch die
Bezirksregierung Lüneburg initiiert. Es wurden vereinzelt erhöhte PCDD/F-Gehalte ermittelt.
Zwei Milch liefernde Betriebe wurden daraufhin kurzfristig gesperrt. Beide Betriebe hatten
162

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
entgegen den Empfehlungen der Bezirksregierung Milchvieh direkt nach dem Hochwasser auf
Überschwemmungsflächen verbracht, ohne Untersuchungsergebnisse abzuwarten. Der Futtermittelkontrolldienst
des Niedersächsischen Landesamtes für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit
(LAVES) erließ in mehreren Fällen futtermittelrechtliche Verfügungen. Die
Beseitigung der Milch erfolgte nach dem Tierkörperbeseitigungsgesetz. Die betroffenen Futtermittel
waren als Abfall zu behandeln. Die Beseitigung wurde durch die Bezirksregierung Lüneburg
mit dem MU geklärt. Die Öffentlichkeit wurde durch mehrere Pressemitteilungen
informiert. Das ML betraute die Landwirtschaftskammer Hannover mit der amtlichen Beratung
der Betroffenen, hier insbesondere der Landwirte vor Ort. Im zeitigen Frühjahr 2003 wurde
durch die Molkereien ein Merkblatt, das die Landwirtschaftskammer Hannover zusammen mit
der Bezirksregierung Lüneburg entwickelt hatte, an die Milch liefernden Betriebe verteilt.
Hierin waren insbesondere Bewirtschaftungshinweise enthalten.
Innerhalb der Bezirksregierung Lüneburg fand seit August 2002 eine enge Kommunikation
zwischen behördlichen Fachkräften und externen Experten resp. Wissenschaftlern sowie den
beiden o. g. Ministerien statt. Dies führte zu einer Verbreiterung der Wissensbasis. Besonders
in den Wintermonaten wurde dieses Wissen den Personen, die primär von Risiko regulierenden
Maßnahmen betroffen sind, nämlich den Landwirten, in verschiedenen Versammlungen
zusammen mit Landwirtschaftskammer, Landvolk, Molkereien und den betreffenden Dezernaten
der Bezirksregierung weitergegeben.
Bei der klassischen Öffentlichkeitsarbeit stellt sich insbesondere das Problem, dass das Ausmaß
der tatsächlichen Gesundheitsgefährdung resp. des Risikos bei potenziell belasteten Lebensmitteln
unklar ist. Räumlich begrenzte Störfälle mit zum Teil sehr hohen PCDD/F-Ausstößen seit
Mitte der 50-er Jahre haben den Verbraucher sensibilisiert. Besonders im Gedächtnis geblieben
ist dabei der Unfall in der Firma ICMESA 1976 in Seveso. Nach dem Einsatz von "Agent
Orange", einem Entlaubungsmittel, im Vietnamkrieg wurde von einer hohen Zahl direkter und
indirekter Missbildungen bei Kindern der beteiligten Kriegsgegner berichtet. Eine Freisetzung
von Dioxinen in der Chlorchemie (früher: Elementarchlorbleiche in der Zellstoff- und Papierherstellung)
sowie z. B. bei Müllverbrennungsanlagen, bewegt sich lediglich im Spurenbereich.
Die hohe Stabilität und die lipophilen Eigenschaften des Dioxins führen jedoch zu einer Akkumulation
in der Umwelt. Ein Null-Risiko für den Bürger gibt es vor der bekannten Hintergrundbelastung
nicht. Es ist daher, besonders in Gebieten mit einer bekanntermaßen höheren
Belastung, behördlicherseits eine Minimierungsstrategie zu verfolgen.
Es gehört zum Selbstverständnis unserer Behörde als Dienstleister, der Öffentlichkeit das
notwendige Risikowissen zu vermitteln. Hierbei ist allerdings gleichzeitig ein sensibler
Umgang mit der Risikowahrnehmung des Verbrauchers unumgänglich.
Nach den ersten Maßnahmen zur "Gefahrenabwehr" und Aufklärung geht es im nächsten
Schritt darum, langfristige Lösungen für das betroffene Gebiet unter Berücksichtigung der
unterschiedlichen Interessenslagen der Beteiligten zu erarbeiten und durch geeignete
Maßnahmen gesundheitlichen Verbraucherschutz zu gewährleisten.
Monitoring Milch-Fleisch-Fisch
Im Rahmen eines Risikomanagements wird durch die Molkereien in Zusammenarbeit mit der
Milchwirtschaftlichen Vereinigung Niedersachsen regelmäßig Tankwagensammelmilch im
elbnahen Bereich untersucht. Hierbei gab es bisher keine Signalwertüberschreitungen. In
Verdachtsfällen (Betriebe mit belasteten Futtermitteln) wurden amtliche Milchproben
genommen. Es wurden von Rindern und Schafen aus dem Elbdeichvorland bei der Schlachtung
amtliche Fleischproben entnommen. Legehennen oder Masthähnchen gibt es im betroffenen
163

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Bereich nicht. Im Juni und Juli wurde Fisch, hier: Elbaal, amtlich beprobt. Erwerbsmäßiger
Gemüseanbau findet im Überschwemmungsgebiet der Elbe nach amtlicher Kenntnis nicht statt.
Agrarmanagentprojekt
Die 2002 festgelegten Dioxingrenzwerte sind nicht Folge eines bekannten Toxiditätsprinzips,
sondern verfolgen vielmehr eine Minimierungsstrategie. Nichts desto weniger geben sie den
Rahmen für das Verwaltungshandeln vor. Die PCDD/F-Werte im Boden des Überschwemmungsgebietes
der Elbe sind umfassend untersucht. Sie korrelieren jedoch nicht mit den ermittelten
Werten im Bewuchs. Die amtlichen Untersuchungsergebnisse lassen bisher auch keinen
direkten Zusammenhang zwischen der Höhe der Bodenbelastungen und derjenigen in Milch
und Fleisch erkennen. Die Landwirtschaftskammer Hannover hat daher im Auftrage des ML
zusammen mit der Bezirksregierung Lüneburg sowie der Tierärztlichen Hochschule Hannover
das Projekt Agrarmanagement der Elbeüberschwemmungsflächen konzipiert, in dem folgende
Sachverhalte bearbeitet werden:
1. Erfassung des Status quo über Nutzungskartierungen
2. Belastungssituation
2.1 Monitoring Bodenaufwuchs
2.2 Carry-over-Projekt Boden-Pflanzen-Tier-Lebensmittel
2.3 Untersuchung des Einflusses der Landtechnik auf den Belastungsgrad des Futters
3. Nutzungsempfehlungen und Beratung
Das Ziel dieses Projektes ist es, zu einer differenzierten Einschätzung der Belastungssituation
von Boden, Pflanzen, Tieren und Lebensmitteln zu gelangen, um auf dieser Basis eine Gefährdung
der Verbrauchergesundheit auszuschließen. Nach Abstimmung mit dem laufenden
BMBF-Projekt wurden durch die Landwirtschaftskammer Hannover an zahlreichen Standorten
im Überschwemmungsgebiet der Elbe, auf dem Deich sowie an "unverdächtigen" Referenzstandorten
jeweils Boden und Bewuchsproben entnommen. Im Rahmen einer Promotion
arbeitet die Tierärztliche Hochschule Hannover zur Zeit daran, den Dioxineintrag vom Futtermittel
in das Tier, die Akkumulation und ggf. Ausscheidung zu untersuchen (Carry-over-
Projekt). Hierbei wird zum Einen ermittelt, wann bei unbelasteten Kühen bei Exposition auf
definiert belasteten Weideflächen erstmals Dioxin in der Milch erscheint, wann ein Plateau
erreicht ist und in welcher Zeit bei Futterumstellung die PCDD/F-Gehalte der Milch wieder
unter dem Grenzwert liegen. Darüber hinaus wird ermittelt, wie der Transfer in Fleisch, am
Beispiel von Schafen, stattfindet (Untersuchung von Kolostralmilch, Bewuchs, Boden, Tränke,
später Fleisch, Fett, innere Organe). Darüber hinaus hat die Landwirtschaftskammer Hannover
in Zusammenarbeit mit den Landwirten vor Ort den Einfluss unterschiedlicher Erntetechniken
auf die etwaige Belastung der Futterkonserven untersucht. Das Ziel sind neue Nutzungskonzepte
der Elbdeichvorflächen unter Berücksichtigung der Einflussgrößen Landwirtschaft (im
Landkreis Lüchow-Dannenberg liegen teilweise 80 % der Milchquoten auf Vordeichsflächen.
Ein Großteil der Flächen gehört der Domänenverwaltung Niedersachsen.), Naturschutz (Biosphärenreservat
Elbtalaue; Vertragsnaturschutz), Deichpflege (Beweidung durch Schafherden
erforderlich), Hochwasserschutz (Hier wäre ein Erlenaufwuchs im Vordeichgelände infolge
einer Nutzungsänderung fatal.) und Tourismus zu entwickeln. Eine ganzheitliche ressortübergreifende
Betrachtungsweise wird gefordert.
Durch die jetzige Gesamtkonzeption ist die funktionale Trennung gegeben zwischen wissenschaftlicher
Risikoabschätzung (z. B. Carry-over-Versuch) sowie dem abwägenden Risikomanagement
durch die Verwaltung.
Langfristig wird es zwingend notwendig sein, die Kontaminationsquellen zu lokalisieren.
Hierfür fließen alle amtlichen Untersuchungsergebnisse in einen Kongenerenvergleich ein.
164

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Eintrags- und Verteilungspfade mit jeweiligen Transferfaktoren werden ermittelt. Aus hiesiger
Sicht wäre die Immobilisierung von belasteten Sedimenten elbaufwärts eine grundlegende
Maßnahme zur Minimierung des Belastungsrisikos, ohne die alle nachgeordneten Minimierungsbestrebungen
letztlich an Effektivität verlören.
4 Vorläufige Ergebnisse und Hypothesen
Heu und Grassilage sind - abhängig vom Erntevorgang - häufig höher belastet als Weidegras.
Es ist eine Tendenz erkennbar, dass Flächen, wo länger Wasser steht, höher belastet sind als
höher gelegene. Aufgrund des hohen Verdünnungseffektes sowie des Tideeinflusses sind
Vordeichsflächen flussabwärts vom Wehr Geesthacht nach bisherigem Erkenntnisstand nicht
als gefährdet zu betrachten. Es wird angenommen, dass Dioxine als lipophile Schadstoffe im
Zuge der Laktation ausgeschieden werden: Es ist die Tendenz erkennbar, dass Fleisch laktierender
Kühe geringer belastet ist als solches nicht laktierender Tiere. Die Belastung des Fleisches
von Lämmern aus dem Vordeichsgelände gegenüber Lämmern von Referenzflächen ist
vergleichsweise höher als die von adulten Tieren aus beiden Regionen. Eine Korrelation
zwischen Belastung von Futtermitteln und Milch ist erkennbar. Obwohl Dioxin nicht durch die
Wurzel der Pflanzen aufgenommen wird, konnte festgestellt werden, dass es durch Abwaschen
nicht vom Gras zu entfernen war. Vermutung: der lipophile Stoff lagert sich in der Cuticula der
Halme ein.
Bei der Untersuchung von Fisch ist zwischen den standorttreuen Brassen und Barschen sowie
Aalen zu unterscheiden. Fetthaltige Aale sind in der Regel höher belastet als Weißfische. Ein
Kongenerenvergleich gibt Aufschluss über den Ort der Exposition. Bei Lebensmittel liefernden
Tieren sind bei einer Risikoabschätzung neben dem Alter der Tiere die Laktation und der
Gesundheitsstatus zu berücksichtigen (In einer Schafherde mit nordischer Bradsot wurden
erhöhte Dioxinwerte festgestellt.) Besonderes Augenmerk ist auf Blänkenwasser zu richten.
Die Untersuchungen sind noch nicht abgeschlossen. Um Klimaeinflüsse zu relativieren, könnte
an eine erneute Untersuhung bestimmter Parameter im kommenden Jahr gedacht werden.
Als Zwischenbilanz kann gesagt werden, dass bei Lebensmitteln tierischer Herkunft im
elbnahen Bereich Dioxinbelastungen teilweise über der normalen Hintergrundbelastung
vorliegen, dass nach dem Elbehochwasser vom August 2002 jedoch nur in wenigen Ausnahmefällen
Grenzwertüberschreitungen festgestellt worden sind. Bis ein abschließendes Nutzungskonzept
aufgrund des Agrarmanagementprojektes durch die Landwirtschaftskammer Hannover
vorgestellt wird, ist durch geeignete Maßnahmen, z.B. Monitorings, Lebensmittelsicherheit zu
gewährleisten. Dabei ist aus hiesiger Sicht eine enge länderübergreifende Zusammenarbeit und
ein Erfahrungsaustausch der Elbanrainer-Behörden an zu streben.
165

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Belastung der Sedimente in Trinkwassereinzugsgebieten von Elbe und
Mulde
Gerhard Strauch, André Sbjeschni, Anke Bittkau, Dietmar Schlosser
UFZ-Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle, Sektion Hydrogeologie, Theodor-Lieser-Str. 4, 06120
Halle, Tel. 0345/5585-206, Fax 0345/5585-559, strauch@halle.ufz.de
1 Problemdarstellung und Zielstellung
Die Elbe und die Mulde gelten in Sachsen und Sachsen-Anhalt als wichtigste Ressourcen für
die Gewinnung von Rohwasser aus Uferfiltrat für die Trinkwasserversorgung. Deshalb ist der
Erweiterung und der Vervollkommnung der Sicherungssysteme gegen kurzzeitige und zufällige
Schadstoffeinträge, wie es mit der Stoßbelastung durch das Hochwasser im August 2002 der
Fall war, unbedingt Rechnung zu tragen. Wirken besonders die Zonen innerhalb der Deiche und
vor allem die durch Überflutungen gefährdeten Trinkwasserschutzzonen bei Stoßbelastungen
aus Hochwasserereignissen kurz- oder längerfristig als Schadstoffsenke und/oder -quelle?
Die Kenntnis über die Wirksamkeit der Auensedimente als natürlicher Retentionsraum bei
Stoßereignissen ist eine wichtige Voraussetzung für die zweckdienliche Gestaltung von Sicherungssystemen.
Entscheidend für den Schutz des Rohwassers ist, ob die ablaufenden
Mischungs-, Sorptions- und Umsetzungsprozesse im Aquifer wirksam genug sind, um Schadstoffbelastungen
ausreichend abfangen zu können.
Das Ziel des Vorhabens ist es, mit einer ad hoc-Studie an ausgewählten im August 2002 überstauten
Trinkwasserschutzzonen festzustellen, ob die dortigen Bodenschichten eine länger
anhaltende Schadstoffdeposition erfahren haben bzw. wie weit das Sediment im Auenbereich
in der Lage ist, Schadstoffe und Keime zu fixieren und abzubauen.
2 Untersuchungsgebiete
Die Untersuchungen zur Schadstoffverteilung erfolgten exemplarisch an drei Standorten in
Trinkwassereinzugsgebieten von Wasserwerken im Mulde- und Elbegebiet und an Referenzstandorten
aus nichtüberfluteten Zonen dieser Standorte.
Die Untersuchungslokalitäten gehören zum:
• Trinkwassereinzugsgebiet der Wasserwerke Canitz/Thallwitz der Kommunalen Wasserwerke
Leipzig GmbH
• Trinkwassereinzugsgebiet Elbaue bei Torgau des Fernwasserverbandes Elbaue-Ostharz
GmbH
1. Trinkwassereinzugsgebiet der Wasserwerke Canitz / Thallwitz
Das Einzugsgebiet des Wasserwerke Canitz-Thallwitz befindet sich im Randbereich des Nordwestsächsischen
Hügellandes, etwa 5 km nördlich der Stadt Wurzen und ca. 25 km östlich von
Leipzig. Das Einzugsgebiet kann morphologisch in 3 Bereiche unterteilt werden:
• Die holozäne Talaue der Mulde, die sich durch eine nahezu flächendeckende Auelehmschicht
und geringe Grundwasserflurabstände auszeichnet. In diesem Bereich befinden sich
einige größere grundwasserabhängige Gewässer (Muldenaltarme).
• Die weichselkaltzeitliche Niederterrasse mit relativ flacher bis leicht gewellter Oberflächenstruktur
und guten bis mittleren Böden, die deutlich weniger zur Vernässung neigen als
in der Aue.
166

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
• Die pleistozänen Hochflächen beiderseits der Muldeniederung, die, von Festgesteins- und
Tertiäraufragungen abgesehen, durchweg aus elster- und saalekaltzeitlichen Sedimenten
bestehen.
Der überwiegende Teil des Untersuchungsgebietes wird landwirtschaftlich (Ackerbau, Weideflächen)
genutzt. In der Muldeaue zwischen den Deichen herrschen extensiv genutzte Wiesen
vor.
Hydrogeologie, Grundwasserdynamik und Geschütztheit
Hydrogeologie und Grundwasserleiter
Der Grundwasserleiter 1.6, der an spätelsterkaltzeitliche Nachschüttsande gebunden ist, ist für
den Bereich der pleistozänen Hochflächen wichtig. Westlich der Mulde kommuniziert er in
großen Bereichen hydraulisch mit den tertiären Sanden. Die Abgrenzung zu den hangenden
früsaalekaltzeitlichen Schottern bzw. Sanden ist ebenfalls nicht immer gegeben. Da die Saale I-
und II- Moränen nicht flächendeckend angetroffen werden, bestehen hydraulische Verbindungen
zwischen GWL 1.6 und den saalekaltzeitlichen GWL 1.4 und 1.3.
Der Hauptgrundwasserleiter im Kern des Einzugsgebietes der Wasserwerke Canitz / Thallwitz
ist an die weichselkaltzeitlichen bzw. holozänen Sande und Kiese gebunden, die im Muldental
(Standort der Probennahmen) und in der Niederterrasse flächendeckend verbreitet sind. Es ist
sinnvoll, von einem einheitlichen Hauptgrundwasserleiter 1.1, bzw. 1.1/1.0 zu sprechen. Die
Schotter in der Aue haben siebanalytisch ermittelte kf-Werte von 0,8 bis 2*10 -3 m/s (Schneider
& Partner, 1997).
Grundwasserdynamik und Geschütztheit
Die Strömungsverhältnisse im Bereich der Wasserfassungen werden vor allem durch die Mulde
bestimmt. Im ungestörten Zustand herrschen effluente Verhältnisse vor, die sich jedoch im
Anstrombereich größerer Mäanderschlingen umkehren. Rechts der Mulde ist die Grundwasserströmung
vorwiegend nach W-NW gerichtet, in der westlichen Muldeaue vorwiegend nach N,
etwa dem Verlauf des Vorfluters entsprechend, gerichtet. Bei Hochwassersituationen herrschen
im gesamten Untersuchungsgebiet influente Verhältnisse vor, die eine Ableitung der landseitigen
Grundwasserströmung nach NW und damit eine deutliche Verschiebung der Grenze des
Einzugsgebietes der Fassung Canitz nach S bewirken.
Eine vollkommen durchlässige Sohle der Mulde tritt im Untersuchungsgebiet praktisch nicht
auf, Schneider & Partner, 1999 sprechen von einer halbdurchlässigen Sohle, wobei es sich
weniger um eine äußere Kolmation durch sedimentierende Sinkstoffe als um eine innere
Kolmation durch anorganische und organische Schwebstoffe, die bei der Exfiltration aus dem
Gewässer im Gestein zurückgehalten werden. Trotz fehlender hydraulischer Anbindung eines
Gewässers an den Aquifer ist ein Stofftransport durch Sickerströmung über die ungesättigte
Zone möglich, da die Auelehmschicht teilweise einen hohen Sandanteil aufweist.
Die Grundwassergeschütztheit des Hauptgrundwasserleiters entspricht im Bereich der
Muldeaue der Geschütztheitsklasse 3 bis 4 (Mächtigkeit der Auelehmschicht zwischen 0,5 und
5m, nahezu flächendeckend) und im Bereich Niederterrasse/Übergang Hochfläche der
Geschütztheitsklasse 5. Insgesamt kann die Grundwassergefährdung als lokal begrenzt angesehen
werden. Bei Hochwassersituationen wie im August 2002 jedoch führt die verstärkte Infiltration
der Mulde südlich von Nischwitz zu einer Verminderung der landseitigen
Grundwasserströmung nach NW bis N, also in Richtung Rohwasserfassung und damit zu einer
erhöhten Schadstoffdepositionsgefahr im Grundwasser.
167

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
2. Trinkwassereinzugsgebiet des Wasserwerkes Torgau-Ost
Die Torgauer Elbaue ist Teil des Naturraumes Riesa-Torgauer Elbtal. Das Einzugsgebiet des
WW-Torgau-Ost lässt sich in 3 Bereiche gliedern:
• holozäner Elbtalbereich (80-85 m NN)
• Übergang zur Hochfläche als ausgeprägte Steilstufe
• Anstieg zum Stauchendmoränengebiet der Dahlener Heide (bis 215 m NN)
Die Fassungsstandorte des Wasserwerkes befinden sich in der durch die holozäne Erosion
eingeebneten Talaue der Elbe, von der eine Steilstufe zu der saalekaltzeitlich überprägten Hochfläche
mit der darauf aufsetzenden Stauchendmoränenlage des Sitzenrodaer Forstes, eines
Ausläufers der Dahlener Heide überleitet. Die Böden im Untersuchungsgebiet differenzieren
gemäß ihrem Schluff- und Tonanteil, seltener nach dem Sandanteil in den Auelehmen sowie
nach dem mittleren Flurabstand des Grundwassers (4m).
Der Anteil der landwirtschaftlichen Nutzfläche im Untersuchungsgebiet beträgt bis zu 70 %,
davon nehmen Ackerfläche zwischen 70-90 %, Dauergrünland ca. 12 % ein.
Hydrogeologie, Grundwasserdynamik und Geschütztheit
Hydrogeologie und Grundwasserleiter
Den Hauptgrundwasserleiter im Untersuchungsgebiet bilden die bis zu 50 m mächtig
werdenden glazifluviatilen bis fluviatilen Ablagerungen der Elsterkaltzeit. Die Fassungen im
Elbauebereich nutzen durchweg den durchgehenden Grundwasserleiter der Kombination
(GWL 1.6 - GWL 1.1). Die Terrassensande der Elbaue sind nahezu vollständig von einer
Auelehmdecke überzogen, deren Bildung im jüngeren Holozän einsetzte und im Durchschnitt
eine Dicke von 1 bis 4 m erreicht.
Grundwasserdynamik und Geschütztheit
Das Grundwasser fließt in der Elbaue direkt, etwa den Mäandern der Elbe ausgeglichen, dem
Vorfluter zu, die Gefällewerte liegen dabei, in Abhängigkeit vom Wasserstand der Elbe, meist
unter 1 Promille. Die Grundwasserneubildung erfolgt im Untersuchungsgebiet über 3 geologische
Einheiten:
• die holozäne Auelehmbedeckung, GW-Spiegel meist leicht gespannt, in sandigen Schichten
gute Versickerungsmöglichkeit für NS-Wasser
• die pleistozänen Talsande, allgemeine hydraulische Verbindung (von GWL 1.1 bis GWL
1.6), z.Tl. stauende Nässe auf Stauern mit erhöhter Verdunstung - ohne Grundwasserneubildung,
im Allgemeinen jedoch gute Versickerung
• die Hochfläche in Bereichen ohne versickerungsverhindernde Stockwerksbildung und Stauchendmoränengebiet
mit Stockwerksbildung, Stockwerkbau mit großer Druckdifferenz
aber Kommunikation im Vorland, Durchsickerung in die tieferen Grundwasserleiter ist
möglich, zudem auch erhöhter oberirdischer Abfluß
Bei hohen Elbwasserständen wird die erhöhte Infiltration durch den am Ufer ausstreichenden
Auelehm nicht beeinflusst, ausschlaggebend ist die erhöhte Wassersäule auf der Flussbettsohle.
Die Kolmation wird bei Stoßbelastungen (Hochwasser) als gering eingeschätzt. Die nahezu
flächendeckend vorhandene Auelehmbedeckung verhindert eine Kontamination durch eine
schnelle Versickerung auf den überwiegend landwirtschaftlich genutzten Böden der unbewaldeten
Elbaue. Die Grundwasserabstandskarte weist für das Untersuchungsgebiet Wasserstände
von meist unter 2 m aus und entspricht der Geschütztheitsklasse von 3 bis 4.
168

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
3 Arbeitsprogramm
Die Auswahl der genauen Untersuchungsstandorte in den genannten Testgebieten erfolgte in
Abstimmung mit den jeweiligen Wasserwerksbetreibern nach Überflutungssituation und
möglicher Gefährdung für den Rohwasserbetrieb.
Aus beiden Untersuchungsgebieten wurden Sedimente aus der ungesättigten Zone innerhalb der
Schutzzone 1 untersucht, um eine mögliche vertikale Verlagerung von pathogenen Keimen und
Spurenelementen aus einer Stoßbelastung durch Hochwasser nachzuweisen. An jedem Standort
wurden mittels Handbohrgerät Sediment- und Bodenproben in jeweils 10 cm langen Kernabschnitten
bis maximal 120 cm Tiefe entnommen. In der Elbaue bei Torgau wählten wir auf
Empfehlung des Wasserwerkes zwei Standorte (jeweils nahe der Pegelprofile 1 und 2) mit
unterschiedlicher Sedimentüberdeckung, die sich aus der Flutwelle der Elbe abgelagert hatte,
aus. Zum Vergleich wurden an jedem Standort Referenzbohrungen auf Flächen vorgenommen,
die außerhalb der Überflutung lagen, bodenphysikalisch aber den Sedimenten der jeweiligen
Schutzzone 1 entsprachen.
Anschließend erfolgte die Elution der gewonnenen Mischproben nach DIN EN 12457-4 und die
Analyse auf Nähr- und Spurelemente sowie Schwermetalle. Weiterhin wurden die Sedimente
auf E.coli, coliforme Bakterien und Enterokokken untersucht und Kornverteilungskurven für
die einzelnen Abschnitte der Kerne erstellt.
4 Ergebnisse
Bei den analysierten Parametern der Eluate zeigt sich folgendes Bild:
• Die Elbsedimente weisen hinsichtlich des Makronährstoffes Ca im Vergleich zu den Standort
WW Canitz / Thallwitz insgesamt höhere Gehalte auf. Dabei nehmen die Ca-Gehalte bei
beiden Probestandorten von oben nach unten ab. Die K- und Na-Gehalte der Elbsedimente
sind höher als die der Muldensedimente, es sind keine signifikanten Unterschiede zwischen
den überfluteten und Referenzstandorten festzustellen
• Die Al-Gehalte der Proben sind im Bereich WW Canitz / Thallwitz am Referenzstandort
deutlich höher (Max.wert: 190 mg/kg) als im Überschwemmungsbereich, insgesamt jedoch
niedriger als in Torgau, hier steigen die Al-Gehalte bis auf 400 mg/kg, wobei die höheren
Gehalte auch hier am Referenzstandort nachgewiesen wurden
• Für die Fe- Gehalte zeigt sich das gleiche Bild (Bereich WW Canitz/Thallwitz, Referenzstandort
deutlich höhere Werte als Überschwemmungsbereich, Max.wert: über 140 mg/kg,
im Bereich WW Torgau-Ost insgesamt höhere Gehalte, bis über 250 mg/kg)
• An Schwermetallen wurden in allen Böden keine Belastungen festgestellt: Gehalte an Cu,
Cd, Pb, As und Cr sehr gering (in über 90% Werte unter der Nachweisgrenze , in allen Proben
deutlich unter den Prüfwerten des BBodSchV für den Pfad Boden-Mensch).. Die Zn-
Gehalte liegen unter 1 mg/kg.
• Bei den Nitrat-Gehalten zeigt sich in allen untersuchten Profilen eine deutliche Abnahme
von oben nach unten, am Standort Trinkwassereinzugsgebiet WW Torgau-Ost mit
Max.werten von über 40 mg/kg höhere Gehalte als im Bereich des WW Canitz / Thallwitz
(Max.wert: 21 mg/kg) - unterhalb 50cm Tiefe lag hier der Nitrat-Gehalt unter der Nachweisgrenze,
allgemein liegen die Gehalte in den überschwemmten Bereichen deutlich über
denen der Referenzstandorte
• Alle NH 4 -Gehalte liegen unter 2 mg/kg, die o-PO 4 -Gehalte unter 10 mg/kg
169

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Abb. 1: Elementgehalte (Auswahl) in Bodeneluaten der Untersuchungsstandorte
Vergleich Aluminium-Gehalt in Böden (Trinkwasserschutzgebiet WW-Canitz/Thallwitz)
Vergleich Aluminium-Gehalt in Böden (Trinkwassereinzugsgebiet WW Torgau-Ost)
MP-überflutete Fläche MP-Referenzfläche
mg/kg
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160,00 180,00 200,00
MP-Torgau 1 MP-Torgau 2 MP-Torgau Referenzfläche
mg/kg
0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 450,00
0-10cm
10-20cm
20-30cm
30-40cm
40-50cm
0-10cm
10-20cm
20-30cm
30-40cm
40-50cm
Tiefe
70-80cm
60-70cm
70-80cm
90-100cm
110-120cm
100-110cm
Vergleich Zink-Gehalt in Böden (Trinkwassereinzugsgebiet WW Canitz/Thallwitz)
MP-überflutete Fläche MP-Referenzfläche
mg/kg
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00
0-10cm
10-20cm
20-30cm
30-40cm
40-50cm
Tiefe
70-80cm
110-120cm
Vergleich Nitrat-Gehalt in Böden (Trinkwassereinzugsgebiet WW-Canitz/Thallwitz)
MP-überflutete Fläche
MP-Referenzfläche
mg/kg
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00
..…. 0-10cm
10-20cm
20-30cm
30-40cm
40-50cm
Tiefe
70-80cm
110-120cm
Vergleich Sulfat-Gehalt in Böden (Trinkwassereinzugsgebiet WW-Canitz/Thallwitz)
MP-überflutete Fläche MP-Referenzfläche
mg/kg
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00
..…. 0-10cm
10-20cm
20-30cm
30-40cm
40-50cm
Tiefe
70-80cm
110-120cm
Vergleich Phosphat-Gehalt in Böden (Trinkwassereinzugsgebiet WW-Canitz/Thallwitz)
MP-überflutete Fläche
MP-Referenzfläche
mg/kg
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
..…. 0-10cm
10-20cm
20-30cm
30-40cm
40-50cm
Tiefe
Tiefe
Vergleich Zink-Gehalt in Böden (Trinkwassereinzugsgebiet WW Torgau-Ost)
MP-Torgau 1 MP-Torgau 2 MP-Torgau Referenzfläche
mg/kg
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00
0-10cm
10-20cm
20-30cm
30-40cm
40-50cm
Tiefe
60-70cm
70-80cm
90-100cm
100-110cm
Vergleich Nitrat-Gehalt in Böden (Trinkwassereinzugsgebiet WW Torgau-Ost)
MP-Torgau 1 MP-Torgau 2 MP-Torgau Referenzfläche
mg/kg
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00
0-10cm
10-20cm
20-30cm
30-40cm
40-50cm
Tiefe
60-70cm
70-80cm
90-100cm
100-110cm
Vergleich Sulfat-Gehalt in Böden (Trinkwassereinzugsgebiet Torgau-Ost)
MP-Torgau 1 MP-Torgau 2 MP-Torgau Referenzfläche
mg/kg
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00
0-10cm
10-20cm
20-30cm
30-40cm
40-50cm
Tiefe
60-70cm
70-80cm
90-100cm
100-110cm
Vergleich Phosphat-Gehalt in Böden (Trinkwassereinzugsgebiet WW Torgau-Ost)
MP-Torgau 1 MP-Torgau 2 MP-Torgau Referenzfläche
mg/kg
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00
0-10cm
10-20cm
20-30cm
30-40cm
40-50cm
Tiefe
70-80cm
60-70cm
70-80cm
90-100cm
110-120cm
100-110cm
170

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
5 Zusammenfassung der Untersuchungen zur anorganischen Belastung der Sedimente
Insgesamt kann festgestellt werden, dass im Bereich des Trinkwassereinzugsgebietes WW
Canitz/Thallwitz der Referenzstandort mit Ausnahme der Parameter Nitrat, Calcium, Natrium
und Chlorid deutlich höher belastet ist als der überschwemmte Standort (höhere Gehalte an
Phosphat, Sulfat, Ammonium, Aluminium, Magnesium, Mangan, Eisen und Kalium). In den
meisten Fällen zeigt sich eine deutliche Abnahme der nachgewiesen Elementgehalte von oben
nach unten (z.B. Eisen, Kalium, Phosphat, Nitrat, Mangan und Aluminium)
Am Standort Trinkwassereinzugsgebiet WW Torgau-Ost sind keine signifikanten Unterschiede
zwischen überschwemmten Bereichen und Referenzstandort feststellbar.
Um konkretere Aussagen treffen zu können, ob und in welcher Art und Weise gewisse Elementgehalte
in den Bodenproben auf das Hochwasser vom August 2002 zurückzuführen sind, wäre
eine zweite Beprobung der ausgewählten Standorte notwendig.
Aufgrund der Tatsache, dass die Grundwasseroberfläche beider Untersuchungsgebiete von
einer meist mehr als 2m mächtigen typisch ausgebildeten Auelehmschicht bedeckt wird, ist die
Wahrscheinlichkeit einer Grundwassergefährdung als gering einzustufen, kann jedoch nicht
völlig ausgeschlossen werden, da innerhalb der Auelehmschicht auch größere Linsen sandigkiesigen
Materials (siehe Kornverteilungskurven) mit deutlich höheren kf-Werten auftreten
können.
Die mikrobiologischen Untersuchungen sind z.Z noch nicht ausgewertet. Grundsätzlich
wurde auch hier keine signifikante Belastung gefunden. Allerdings treten Streptokokken-
Verteilungen entlang der Sedimentprofile auf. Hier steht die Auswertung noch an. Eine Wiederholung
der Untersuchungen ist insgesamt für September 2003 vorgesehen.
6 Literatur
Nestler, W., Walther, W., Jacobs, F., Trettin, R., Freyer, K.: Wassergewinnung in Talgrundwasserleitern im
Einzugsgebiet der Elbe. UFZ-Bericht 7/1998, 204 S., ISSN 0948-9452
Mallén, G., Geyer, S., Trettin, R., Strauch, G., Gehre, M., Grischek, T. (1998): Contribution from carbon and
sulphur isotopes to the evaluation of biogeochemical processes in groundwater system controlled by
river bank filtration - an example from the Torgau aquifer (Saxony, Germany).- Proceed. of the Internat.
Symp. on Isotope Techniques in Water Management, pp 389-401, Vienna
Schneider, H., Geohydrologisches Büro und Ingenieurbüro für Wassererschließung, Wasserversorgung und
Umwelttechnik, Bielefeld: Hydrogeologische Situation im Einzugsgebiet der Wasserwerke Canitz und
Thallwitz. Kommunale Wasserwerke Leipzig GmbH, 1997, unveröff., Leipzig
Strauch, G., Russow, R. & S. Knappe: Studien mit stabilen Isotopen in der ungesättigten Bodenzone und im
Grundwasserbereich. Mitt. Inst. Grundwasserwirtschaft TU Dresden, 1999, Heft 2, 141-154, Dresden
Strauch, G., Hardenbicker, U., Trettin, R.: Nitrate Source and Transport in Seepage Water Along a Loess-
Profile. Isotope Research in Ecology, Braunschweig, May 8-11, 2000, Poster
Walther, W.; Strauch, G.; Kersebaum, K.-C.; Reinstorf, F.; Schäfer, W.: Zum Kenntnisstand über Umsetzung
von Nährstoffen in der Dränzone und im Grundwasser und über deren Modellierung: 2. Teil: Einsatz
von Markierungsstoffen und mathematischen Modellen zur Beschreibung von Transport und Umsatz
von Makronährstoffen in der wasserungesättigten Zone und im Grundwasser. Landnutzung und Landesentwicklung
43 (2002), 97-102, Blackwell, Berlin
Weber, W.; Müller, A.: Ergebnisbericht "Hydrogeologische Erkundung Torgau". VEB Hydrogeologie
Torgau, 1976, unveröff., Torgau
171

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Entwicklung der Wasserbeschaffenheit in den Trinkwassertalsperren nach
dem August-Hochwasser 2002
Ralf Sudbrack
Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen, Fachbereich Technik, Referat
Wassergütebewirtschaftung, Bahnhofstraße 14, 01796 Pirna
1 Allgemeines
Wesentlicher Bestandteil der Wassergütebewirtschaftung der Stauanlagen ist im Rahmen der
Eigenkontrolle der Landestalsperrenverwaltung die regelmäßige Überwachung der Gewässergüte
der Stauanlagen und deren Zuflüsse. Dieses geschieht federführend durch vier Untersuchungsstellen
des Referates Wassergütebewirtschaftung in Paulsdorf, Radeburg, Saidenbach
und Plauen. Bei festgestellten Normabweichungen der Wasserbeschaffenheit werden notwendige
Maßnahmen veranlasst. Hierzu zählen die Benachrichtigung der zuständigen Fach- und
Vollzugsbehörden, sowie der direkten Nutzer der Stauanlagen (Rohwasserabnehmer, Zweckverbände,
Gemeinden, Pächter, etc.). Über eingeleitete Sonderbeprobungen der Untersuchungsstellen
wird die Ursache der Abweichung ermittelt.
Das Referat Wassergütebewirtschaftung der Landestalsperrenverwaltung des Freistaates
Sachsen ist weiterhin zuständig für die Erarbeitung von Grundsätzen der Einbeziehung der
Wassergütefragen in die Wasserwirtschaftpläne der Talsperren, für die Erarbeitung der Prognose
der Entwicklung der Wasserbeschaffenheit der Talsperren und für Grundsatzfragen im
Aufgabenbereich Trinkwasserschutzgebiete (z.B. SächsSchAVO, Länderübergreifende
Wasserschutzgebiete zu Tschechien).
2 Trinkwassertalsperren
Neben den rechtlichen Anforderungen nach EU-Richtlinien, dem Sächsischen Wassergesetz,
der Sächsischen Trinkwassergewinnungsverordnung, sowie der Trinkwasserverordnung und
den allgemeinen Richtlinien des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches e.V. (DVGW)
und der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall (ATV/DVWK)
wurden Qualitätsziele im Rahmen der Eigenkontrolle der LTV definiert, die sich nach den
Anforderungen der Rohwasserabnehmern und den allgemeinen Anforderungen an Gewässer
richten. Für das Rohwasser der sächsischen Trinkwassertalsperren sind die in Tabelle 1 aufgeführten
grundsätzlichen Qualitätsziele anzustreben:
Tabelle 1: Qualitätsziele der Trinkwassertalsperren
Gütekomplex Richtwert Mindestanforderung
Kategorie SächsTwGewVO "A1" "A2"
Trophiegrad oligotroph mesotroph
Für die einzelnen Talsperren sind auf der Grundlage dieser Qualitätsziele jeweils Mindestanforderungen
und Richtwerte für bis zu 40 Kriterien der Wasserbeschaffenheit zwischen der
Landestalsperrenverwaltung und den Rohwasserabnehmern vereinbart worden. Dabei wurden
die spezifischen Bedingungen der jeweiligen Talsperren berücksichtigt und 2002 grundlegend
überarbeitet.
172

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Abbildung 1: Überlauf der Talsperre Eibenstock am 13.08.2002
3 Entwicklung der Wasserbeschaffenheit in den Talsperren der LTV nach dem Augusthochwasser
2002
In dem Vortrag wird nachfolgend ausführlich auf die Auswirkungen des Hochwassers im
August 2002 eingegangen. Im Nachgang der Hochwasserwelle musste vor dem Hintergrund
weiterer Meldungen über Starkniederschläge des Deutschen Wetterdienstes eine Abwägung
getroffen werden zwischen der Sicherung der Abgabe des Rohwassers mit ausreichender
Qualität aus den noch unbeeinflussten Tiefenwasser an die Wasserwerke und einem möglichst
schnellem Freifahren der Hochwasserschutzräume in den betroffenen Trinkwassertalsperren
über den Grundablass. Die operative Steuerung der Talsperren im Nachgang des Hochwasserereignisses
stellt ein gutes Beispiel für eine kombinierte Wassergüte- und Wassermengensteuerung
dar.
Das Hochwasser im August 2002 setzte die Talsperren, Speicher und Rückhaltebecken der
Landestalsperrenverwaltung Sachsen (LTV) erheblichen und bisher einmaligen Belastungen
aus (Abbildung 1).
4 Auswirkungen des August-Hochwassers 2002 auf die Wasserbeschaffenheit
Die extremen Niederschläge im Erzgebirgsraum am 12./13.08.2002 führten zu einem sprunghaften
Anstieg der Zuflüsse zu den Talsperren, damit verbunden waren enorme Trübstoffeinträge
als Folge von Abspülungen und Auswaschungen in den Einzugsgebieten. Entsprechend
große Mengen an festen und gelösten Bodenbestandteilen wurden neben sonstigen Stoffen
eingetragen, wieder ausgeschwemmt oder umgelagert, Fließgewässersedimente bewegt und
remobilisiert. Auf Grund der topographischen Lage erreichten insbesondere die aus dem Erzgebirge
zufließenden Gewässer, bedingt durch die Starkniederschläge und gefährlich verstärkt
durch das Gefälle, sehr hohe Abflüsse. So betrug z. B. am 12./13. 08. der maximale Zufluss zur
173

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
TS Malter 230 m³/s und zur TS Lehnmühle 155 m³/s. Bei mehreren Anlagen wurde der
gesamte Speicherinhalt rein rechnerisch doppelt oder dreifach innerhalb weniger Tage ausgetauscht.
Die Messdaten, welche während und nach dem Hochwasserereignis von den Untersuchungsstellen
der LTV ermittelt wurden, können bis zu einem gewissen Grade verallgemeinert
und zusammengefasst werden.
Jeder Staukörper hat wegen der unterschiedlichen Ausgangsbedingungen (Charakteristik des
Einzugsgebietes, hydraulische Beanspruchung, Gütezustand vor dem Ereignis, Möglichkeiten
zur Gütebewirtschaftung) eine eigene, spezifische Reaktion auf das Ereignis. Unabhängig
davon können ähnliche Tendenzen festgestellt werden:
Wasserbeschaffenheit
Das Augusthochwasser 2002 hatte unterschiedliche, meist erhebliche kurzfristige und mittelfristige
Auswirkungen auf die Wasserbeschaffenheit in den von der LTV bewirtschafteten
Talsperren und Speichern.
Diese werden charakterisiert durch einen erheblichen Anstieg der Trübung, der organischen
Belastung, besonders des Anteils an Huminstoffen, einen Rückgang des gelösten Sauerstoffs im
Tiefenwasser, Rücklösung von Eisen und Mangan aus dem Sediment und Veränderungen der
Bioproduktion.
Prognosen zur Entwicklung der Wasserbeschaffenheit sind nur begrenzt möglich. Eine Schlüsselfunktion
für die weitere Entwicklung des Stoffhaushaltes in den Talsperren und Speichern
kommt dem Verhalten und den Auswirkungen des durch den Hochwassereinfluss eingetragenen
Sedimentes und den hydrologischen Verhältnissen nach dem Augusthochwasser zu.
Ein wichtiger Zeithorizont zur Einschätzung ist der Beginn der Frühjahrsvollzirkulation. Es
sind weitere Auswertungen und zielgerichtete Prognosen der Wasserbeschaffenheitsentwicklung
zu erstellen.
TS Gottleuba vertikale Trübungsprofile
Trübung FAU
200
150
100
Probenahmetermine
16.08.02
19.08.02
20.08.02
26.08.02
50
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46
Tiefe (m)
Abbildung 2: Trübungsprofile Talsperre Gottleuba im August 2002
174

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Bewirtschaftung
• Positiv auf die Bereitstellung unbeeinflussten Rohwassers in den TW-Talsperren hat sich
die in der 2. Augusthälfte noch vorhandene Schichtung der Sommerstagnation und die
warme, sonnenscheinreiche Witterung in dieser Zeit ausgewirkt. So konnte sich das zufließende,
mit Abschwemmungen belastete Wasser im Epilimnion einschichten und an den
Anlagen mit den entsprechenden technischen Möglichkeiten abgezogen werden. Es musste
ein Kompromiss zwischen möglichst schnellem Freifahren der HW-Schutzräume und
Sicherung der Rohwasserqualität gefunden werden.
• Bei der Bewältigung der Katastrophensituation hat sich die örtliche Verteilung der Untersuchungsstellen
der LTV und die Mitwirkung der Untersuchungsstellen bei der operativen
Bewirtschaftung positiv ausgewirkt. Teilweise mussten an den Trinkwassertalsperren tägliche
Trübungsmessungen vorgenommen werden, um die optimalen Rohwasserentnahmehorizonte
zu bestimmen.
• Regionale Verbundsysteme im Oberen Elbtal und im Erzgebirge haben sich während dieser
Extremsituation bewährt und die Versorgungssicherheit mit qualitätsgerechtem Trinkwasser
gewährleistet.
• Variable Entnahmevorrichtungen zur Abgabe größerer Mengen Wassers aus den oberen
Schichten an das Unterwasser haben sich als geeignete Mittel der internen Bewirtschaftung
erwiesen.
• Bewährt haben sich weiterhin Umleitungsmöglichkeiten, in denen das ankommende, belastete
Wasser um die Talsperren herumgeführt werden kann und damit vom Staukörper ferngehalten
werden kann.
• Die große Bedeutung von Vorsperren zur Absenkung von Stoffeinträgen und zum Schutz
der Hauptsperre wurde deutlich.
• Eine weitere Automatisierung der Beschaffenheitsüberwachung (Automatische Messstationen
an den Zuflüssen und den einzelnen Entnahmehorizonten) ist anzustreben.
Abbildung 3: Vertikales Trübungsprofil Talsperre Eibenstock im August 2002
175

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Prognosen für die weitere Entwicklung der Wasserbeschaffenheit
• Zuverlässige Beschaffenheitsprognosen für die weitere Entwicklung der Wasserbeschaffenheit
sind zur Zeit noch nicht möglich. Es sind für jedes Objekt in Abhängigkeit von der
Zielstellung Einzelfallbetrachtungen durchzuführen.
• Unter ungünstigen Umständen kann sich durch die zugeführten großen Frachten an organischer
Substanz und Nährstoffen ein langfristig höheres Belastungsniveau einstellen, das zu
häufigen starken Algenentwicklungen mit den bekannten negativen Folgeerscheinungen
führen kann.
• Bisherige Beobachtungen haben gezeigt, dass der Rückgang der durch Huminstoffe bedingten
organischen Belastung nur geringfügig und über einen langen Zeitraum erfolgt.
• Ein weiteres Hochwasserereignis Ende Dezember 2002 hat für einen erneuten Schub an
zusätzlichem Stoffeintrag in die Talsperren und Speicher vor allem im Westerzgebirge und
im Vogtland gesorgt.
• Die aus der vorgesehenen Erhöhung der Hochwasserschutzräume resultierende Absenkung
der Wasserstände und Verringerung der für die Wassergütebewirtschaftung zur Verfügung
stehenden Speicherräume kann sich bei einigen Talsperren nachteilig auf die bereits durch
die Auswirkungen des Hochwassers beeinträchtigte Wasserbeschaffenheit auswirken.
• Voraussetzung für prognostische Einschätzungen ist eine sorgfältige und kontinuierliche
Auswertung der Überwachungs- und Steuerungsdaten.
• Die Problematik der Ursachen, Auswirkungen und Prognose der Huminstoffeinträge ist u.a.
Gegenstand von Forschungsprojekten unter Beteiligung der LTV
Urbane Schadstoffquellen und Präventionsmaßnahmen
Wolf von Tümpling 1 , Peter Popp 2 , Rainer Wennrich 2 , Hanns-Christian Treutler 2
Umweltforschungszentrum Leipzig Halle GmbH
1 Sektion Gewässerforschung Magdeburg, Brückstr. 3a, 39114 Magdeburg, Tel 0391/810-9300, Fax 0391/
810-9150, tuempling@gm.ufz.de
2 Sektion Analytik Leipzig, Permoserstr. 15, 04318 Leipzig, Tel 0341/235- 2408, Fax 0341/235-2625,
popp@ana.ufz.de
1 Einleitung
Hochwässer sind für die Einzugsgebiete der Mulde und Elbe bekannt. Schutzmaßnahmen
wurden von Alters her getroffen, um großflächige Überschwemmungen von Siedlungsbereichen
und landwirtschaftlichen Nutzflächen auf ein Minimum zu begrenzen. Gleichzeitig sollte
damit auch verhindert werden, dass schadstoffbelastetes Flußwasser im Falle der Überflutung
des Deichhinterlandes großflächig zu Qualitätsminderungen der Böden führt.
Zum Schutz der Gewässer und der Böden wurden durch die Bundes- und die Landesregierungen
entsprechende Verordnungen und Gesetze erlassen, um eine definierte Gewässergüte
und Bodenqualität entsprechend der Nutzungen zu gewährleisten.
Das Extremhochwasser vom August 2002 führte zu großräumigen Überschwemmungenvon
landwirtschaftlichen Nutzflächen und von Siedlungsbereichen im Deichhinterland. Schwebstoffe
des Flutwassers aus dem Erzgebirge wurden auf den überschwemmten Böden abgelagert
und bildeten so eine Schicht des Oberbodens. Damit verbunden war eine Umbewertung der
176

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Schadstoffe. Während die Schwebstoffe im Wasser die Gewässergüte beeinflussen, unterliegen
sie als abgelagerte Schwebstoffe der Bodenschutzverordnung. Hinzu kommt noch, dass eine
Bewertung der Radionuklide im Gewässer und im Boden in den jeweiligen Verordnungen nicht
enthalten ist.
Um bei künftigen extremen Überflutungen noch effektiver handeln zu können und um Schadstoffeinträge
zu minimieren, werden Schadstoffquellen aufgezeigt sowie gültige Vorschriften
diskutiert und Anregungen gegeben, wo Harmonisierungen und Ergänzungen aus der Sicht der
Wissenschaft für Präventionen sinnvoll erscheinen.
2 Gesetzliche Grundlagen der Gewässer- und Bodenbewertung
LAWA - Chemische Gewässergüteklassifikation- [1]:
1998 hat die Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) für eine Vielzahl von Wasserinhaltsstoffen
Zielvorgaben und Bewertungskriterien für die stoffbezogene chemische Gütebewertung
von Fließgewässern festgelegt. Dabei erfolgt eine Bewertung im Bezug auf definierte Schutzgüter
im Gewässer wie "Schwebstoffe/Sedimente" bzw. die ."Aquatische Lebensgemeinschaft".
Für die Nährstoffe, Salze und Summenkenngrößen gilt das Schutzgut "Aquatische Lebensgemeinschaft"
und zur Bewertung der Elementkonzentrationen werden die Schutzgüter "Schwebstoffe/Sedimente"
und "Aquatische Lebensgemeinschaft" herangezogen. Dabei werden
vorwiegend die partikulär an Schwebstoffen und Sedimenten akkumulierten Schwermetalle
berücksichtigt, da die im Wasser gelöste Menge häufig sehr gering ist.
Bodenschutzverordnung
Mit der BBodSchV wurden 1999 in Deutschland Maßnahmen- und Prüfwerte für Böden eingeführt,
die sich jeweils auf die unterschiedlichen Wirkungspfade Boden-Mensch, Boden-Nutzpflanze
und Boden-Grundwasser beziehen. Gehalte und Konzentrationen unterhalb der
Maßnahmen- und Prüfwerte räumen dabei den Verdacht einer schädlichen Bodenveränderung
aus.
3 Urbane Schadstoffquellen des Augusthochwassers
Bei einer Vielzahl von Hochwasserereignissen kommt es großflächig nicht zu signifikanten
Schadstoffbelastungen von urbanen Böden. Im Falle des Augusthochwassers sind mehrere und
für die Region ganz spezifische Faktoren zu berücksichtigen, die eine Diskussion von Schadstoffquellen
notwendig machen:
4 Wesentliche urbane Schadstoffquelle mit überregionaler Auswirkung
Im Einzugsgebiet der Mulde und Elbe ist das Erzgebirge mit den Folgen der langjährigen Bergbauaktivitäten
als die wesentliche überregionale urbane Schadstoffquelle anzusehen. Das großflächige
Auslaugen von Halden ist dabei eine Ursache. Lokale Stolleneinbrüche sind eine
weitere Ursache für Auswaschungen in den dann gefluteten Stollengängen. Bedingt durch den
Erzabbau sind vor allem Cadmium, Blei, Arsen und Uran remobilisiert und an Schwebstoffen
gebunden transportiert worden. Als sedimentierte Hochflutsedimente kam es dann auch in
urbanen Bereichen zur Überschreitung von Prüfwerten der Bodenschutzverordnung.
5 Schadstoffquellen mit lokalen Auswirkungen
Mineralöle wie Heizöl sind als eine temporäre und lokal begrenzte urbane Schadstoffquelle
einzuschätzen. Mikrobiologische Aktivitäten führen in Böden zur Zersetzung und somit zum
177

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Abbau dieser Schadstoffe, soweit sie sich nicht bereits in den ersten Tagen und Wochen
verflüchtigt haben. Die im Verlaufe des Projektes untersuchten Proben wiesen deshalb keine
kritischen Konzentrationen mehr auf.
Eine genaue Unterscheidung zwischen den durch das Hochwasser verusachten Schadstoffeinträgen
in den urbanen Bereichen und den durch langjährige atmosphärische Deposition eingebrachten
PCB und PAH ist nicht möglich.
In wieweit urbane Schadstoffquellen für Dioxine nachweisbar sind, kann noch nicht erörtert
werden, da die Untersuchungen durch die ISPRA nicht beendet sind.
6 Mögliche Präventionsmaßnahmen
Präambel
Bei permanenter Einhaltung der Zielvorgaben der Gewässergüteklassifizierung (Güteklasse II)
ist auch bei einer Überflutung von urbanen Böden nicht mit einer signifikanten Überschreitung
der Prüf- oder Maßnahmewerte der Bodenschutzverordnung zu rechnen. Für eine Reihe im
Rahmen des Adhoc Projektes untersuchter Parameter konnte dies anschaulich nachgewiesen
werden.
Problematisch ist der Sachverhalt, wenn die Zielvorgabe der LAWA-Gewässergüteklassifizierung
im Gewässer nicht eingehalten werden kann. Sowohl für Arsen als auch für Cadmium und
Blei war die Belastungssituation in den Mulden entsprechend der LAWA-Gewässergüteklassifikation
bekannt. [Tab 1] Da das Schutzgut "Boden" bisher nicht explizit in der Gewässergüteklassifikation
der LAWA aufgeführt ist, sind auch mögliche Konsequenzen bei einer
Überflutung von Deichhinterländern nicht mit betrachtet worden. Überschreitungen der Prüfwerte
der Bodenschutzverordnung waren und sind die Folge.
Tabelle 1:
Untersuchungen im Raum Bitterfeld im Vergleich zu Prüfwerten und
Gewässergüteklassifizierungen
Cr Ni Cu Zn As Pb Cd Hg
mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg
Bitterfelder Raum Boden nicht
überschwemmt 27 7 12 840 8 26

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Zusätzliche Sicherungsmaßnahmen an gefährdeten Halden und Stollen sind daher zu prüfen
und entsprechend einer Kosten-Nutzenabschätzung zu realisieren, um bei einem erneuten
Hochwasser die Schwermetallkonzentrationen am Schwebstoff zu vermindern.
Grundlage für die Abschätzung einer Gefährdung durch Radionuklide ist die Strahlenschutzverordnung
(StrlSchV) vom 20.7.2001. Allerdings enthält diese Verordnung keine Grenzwerte für
Radionuklidkonzentrationen im Boden. Bezugsgröße ist hier die Dosis, die sich aus der Radionuklidkonzentration
sowie typischen Expositionsszenarien (Aufenthaltsdauer, Inkorporation,
Inhalation) ergibt. Die Aufnahme von Radionuklidkonzentrationen in die LAWA - Gewässergüteklassifizierung
für den Einzugsbereich der Mulden und der Elbe erscheint aus dieser Sicht
sinnvoll, um eindeutige Entscheidungskriterien zu schaffen. Gleiches gilt für die Bodenschutzverordnung.
Schadstoffmodellierung
Für potentiell gefährdete Überflutungsgebiete in den Niederlanden wie z. B. nördlich von
Rotterdam, in denen sich eine Vielzahl von Gewerbegebieten befinden, ist im Auftrage der
niederländischen Regierung ein Schadstofftransport- und Schadstoffverteilungsmodell durch
"Delftcluster" erarbeitet worden. Anhand von modellierten Flutungsszenarien lassen sich
besonders betroffene Gebiete erkennen und entsprechende Maßnahmen zur Schadstoffminimierung
durchsetzen.
Die Adaption des bestehenden Schadstoffmodells auf die Verhältnisse an der Mulde und Elbe
bei einer Kopplung mit einem hydrologischen Modell würden besonders kritische Bereiche der
Belastung für verschiedene Überflutungsszenarien hervorheben und den lokalen und regionalen
Entscheidungsträgern als Hilfsmittel zur Durchsetzung wichtiger Sicherungsmaßnahmen
dienen können.
Nach erfolgreicher Einführung im Gebiet der Mulden ist eine Adaption auf andere Flußeinzugsgebiete
wie die Saale wünschenswert und sinnvoll.
7 Zusammenfassung
Im Einzugsgebiet der Mulde und Elbe ist das Erzgebirge mit den Folgen der entsprechenden
Bergbauaktivitäten als die wesentliche überregionale urbane und signifikante Schadstoffquelle
anzusehen. Schadstoffquellen mit lokalen Auswirkungen ergeben sich durch Gewerbegebiete
sowie aus Haushalten. Eine genaue Unterscheidung zwischen den durch das Hochwasser verusachten
PCB- und PAH-Schadstoffeinträgen in den urbanen Bereichen und den durch langjährige
atmosphärische Deposition eingebrachten Schadstoffen ist nur vereinzelt möglich.
Die gute Abstimmung der LAWA Gewässergüteklassifizierung mit der Bodenschutzverordnung
gewährleistet, dass bei ständiger Einhaltung der Zielvorgabe (Güteklasse II) im Gewässer
auch bei Hochwassersituationen nicht mit großflächigen Überschreitungen der Prüf- oder
Maßnahmewerte der Bodenschutzverordnung für abgesetzte Schlämme zu rechnen ist.
Durch den Nachweis des direkten Zusammenhangs zwischen der Schadstoffkonzentration im
Schwebstoff und der Konzentration im Schlamm am Beispiel des Arsens konnte gezeigt
werden, dass eine Ergänzung der Schutzgüter für die Gewässergüteklassifizierung der LAWA
um das Schutzgut "Boden" für überschwemmungsgefährdete Bereiche sinnvoll erscheint.
Eine klar definierte Handlungsanweisung in der Bodenschutzverordnung für großflächig abgelagerte
und belastete Hochflutsedimente zumindest im Deichhinterland ist wünschenswert, um
schnell und sicher nach der Flut handlungsfähig zu sein.
179

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Die Festlegung von Grenz- bzw. Richtwerten in der Bodenschutzverordnung sowie bei der
Beurteilung der chemischen Gewässergüte für Radionuklide sollte nachgeholt werden, um
deren Gefährdungspotential abschätzen zu können.
Mit der Einführung der WRRL ist zu prüfen, in wie weit Zielvorgaben für die Gewässergüte für
den Fall der Überflutung mit den Richtwerten für die Bodenschutzverordnung in Einklang zu
bringen sind.
Eine Kombination von hydrologischen Modellierungen mit Schadstoffmodellen ermöglicht es,
präventiv kritische Bereiche in Gewerbegebieten und Haushalten sowie Kleingärten heraus zu
arbeiten und Gegenmaßnahmen einzuleiten.
8 Literatur
Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) (1998): Beurteilung der Wasserbeschaffenheit von Fließgewässern
in der Bundesrepublik Deutschland -Chemische Gewässergüteklassifikation- , herausgegeben von
der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser, 1. Auflage, Berlin August 1998, ISBN 3-88961-224-5. Bezug:
Kulturbuchverlag Berlin GmbH, Sprosserweg 3, D-12351 Berlin.
Bundes- Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BbodSchV): Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz
und Reaktorsicherheit Juli 1999: http://www.deponie-stief.de/recht/bund/
Verordnung über den Schutz vor Schäden durch ionisierende Strahlen (Strahlenschutzverordnung -
StrlSchV) vom 20. Juli 2003 (BGBl. I S. 1714), geändert aufgrund Artikel 2 der Verordnung vom 18.
Juni 2002 (BGBl. I S. 1869)
Hochwasserinduzierte Effekte auf Grundwasserstände und -belastungen im
Raum Bitterfeld
Holger Weiß, Michael Rückert
UFZ-Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH, Projektbereich Industrie- und
Bergbaufolgelandschaften, 04318 Leipzig, Permoserstrasse 15, Tel 0341/2352060, Fax 0341/2352126,
holger.weiss@ufz.de
Während des Hochwassers vom
August 2002 war die Region
Bitterfeld entscheidend durch die
unkontrollierte Flutung des rund
25 km² umfassenden Tagebaurestlochkomplexes
Goitzsche
betroffen.
Sein Wasserspiegel stieg innerhalb
weniger Stunden von 71,5 auf 80
m NN. Die unmittelbar drohende
Überflutung weiter Teile der Stadt
Bitterfeld konnte durch den
massiven Katastrophenschutzeinsatz
weitgehend abgewehrt
werden. Auch eine drohende lang
anhaltende Vernässung an der
Goitzsche gelegener Stadtgebiete
wird durch die noch andauernden
Abb. 1: Geflutetes Restloch Goitzsche, 16.08.02,
NO-Stadtgrenze Bitterfeld
180

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
76,70
76,60
76,60
76,50
76,40
76,30
76,20
76,10
76,00
75,90
76,50
76,40
76,30
76,20
76,10
76,00
7.8.02
10.8.02
13.8.02
16.8.02
19.8.02
22.8.02
25.8.02
28.8.02
31.8.02
Druckwasserspiegel [m NN]
3.9.02
Starkregen ca. 100 l/m²
Hochwasser
SafBit 14/97
75,80
75,70
Jan 02
Feb 02
Mrz 02
Apr 02
Mai 02
Jun 02
Jul 02
Aug 02
Druckwasserspiegel [m NN]
Sep 02
Okt 02
Nov 02
Dez 02
Jan 03
Abb. 2: Grundwasseranstieg im Gebiet BTF-Holzweißig, Langzeittrend und Aug/Sep 2002
Maßnahmen der Kommune und des Landes mit hoher Wahrscheinlichkeit verhindert werden
können.
Auch in nicht unmittelbar vom Hochwasser betroffenen Arealen der Stadt Bitterfeld war nach
der Flut ein beschleunigter Grundwasseranstieg feststellbar, der in der zeitlichen Folge von
Witterungsereignissen mitbestimmt wird. Die in Abbildung 2 dargestellten Beobachtungsdaten
der letzten Jahre zeigen jedoch insgesamt einen stetigen Anstieg des Grundwasserspiegels, der
stets bei Niederschlagsereignissen besonders ausgeprägt erfolgte und in der Folge nicht mehr
auf das ursprüngliche Niveau sank. Im August 2002 war ein besonders starker Grundwasseranstieg
zu verzeichnen. Er wurde durch die Goitzscheflutung und die resultierende Behinderung
des ursprünglichen Grundwasserabstromes in Richtung des Tagebaurestlochkomplexes
verstärkt. Aus den bisherigen Untersuchungen lassen sich Hinweise auf die beginnende Ausbildung
veränderter Grundwasserfließrichtungen ableiten.
Diese für Teile des Stadtgebietes Bitterfeld anstehenden Entwicklungen können vor dem
Hintergrund der Datenlage nicht ausschließlich auf Hochwassereinflüsse zurückgeführt
werden. Sie werden mit großer Wahrscheinlichkeit von einer Reihe von Einflussfaktoren, wie
dem Wegfall der bergbaulichen Wasserhaltung, der drastisch gesunkenen industriellen Wasserentnahme
und dem hydraulischen Einfluss des gefluteten Goitzschekomplexes mitbestimmt.
Da die Grundwassersituation in der Region Bitterfeld durch eine extrem heterogene geologische
Struktur bestimmt ist, sind für die Prognose langfristiger Entwicklungen der Grundwasserstände
und Grundwasserfließrichtungen zeitlich und räumlich erweiterte Datenbestände
erforderlich. Bereits jetzt ist jedoch in einigen tiefer gelegenen Arealen eine Vernässung von
Kellern erkennbar, der zurzeit durch kleinräumige Grundwasserabsenkungsmaßnahmen entgegengewirkt
wird.
Aufgrund der zurückliegenden intensiven chemisch-industriellen und bergbaulichen Nutzung
liegen in weiten Teilen der Region Bitterfeld/Wolfen erhebliche Grundwasserkontaminationen
vor. In den ehemaligen Industriearealen liegen weiträumig hohe Belastungen des quartären
Aquifers durch Chloraromaten mit Gehalten von mehr als 25 mg/l vor. Lokal treten zusätzlich
erhebliche Kontaminationen durch LCKW, BTEX-Aromaten, Aniline und diverse Produktionsrückstände,
z.B. der Pflanzenschutzmittelherstellung hinzu.
Das primäre Untersuchungsgebiet und der Grundwasserisophysenplan vom November 2002
sind in Abbildung 3 skizziert. Es erfaßt die Grenze ehemaliger Industrieflächen zum Stadtgebiet
Bitterfeld. Hier ist die Ausbildung zweier Abströme aus dieser kontaminierten Kernzone
erkennbar. Darüber hinaus wurde ein nördlich gelegenes Areal im Bereich Greppin mit
komplexer und geschichteter Grundwasserkontamination einbezogen.
Bereits unmittelbar nach dem Hochwasser waren im September 2002 erhöhte LCKW-Belastungen
des oberflächennahen Grundwassers festzustellen. Neben der Grundwasserkontamina-
181

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Abb. 3: Untersuchungsgebiet,
Isohypsenplan (Nov.
2002)
tion müssen auch die z.T. erheblich gestiegenen Grundwasserstände berücksichtigt werden. So
war an dem ca. 3 km westlich des Restloches Gotizsche gelegenen Pegel SafBit 39/01 ein deutlicher
Anstieg des Grundwasserspiegels nach dem Hochwasser zu verzeichnen. Bezogen auf
den Grundwasserflurabstand im August 2001 von rund 4,0 m waren vor dem Hochwasser vom
August 2002 nur rund 15 cm Grundwasseranstieg erfolgt. Im weiteren Verlauf waren im
September 2002 53 cm, im November 2002 55 cm und im Januar 2003 rund 1 m Grundwasseranstieg,
jeweils bezogen auf August 2002, festzustellen. Im Juli 2003 wird, trotz der anhaltenden
Trockenperiode, der Grundwasserstand vom August 2001 immer noch um rund 10 cm
überschritten.
Die in Tabelle 1 wiedergegebenen Schadstoffgehalte zeigen die höchsten Belastungen im
September und November 2002.
Die bei den Grundwasserprobennahmen vor Ort ermittelten Parameter wie elektr. Leitfähigkeit,
pH-Wert unterscheiden sich hier nur unwesentlich. Dies weist darauf hin, dass hier keine Überschichtung
der Kontamination durch anströmendes Hochwasser erfolgt ist, sondern der Grund-
Tab. 1.: Grundwasserbelastungen am Pegel SafBit 39/01, Angaben in mg/l (t-DCE – trans-Dichlorethen, c-
DCE – cis-Dichlorethen, TCE – Trichlorethen, PCE – Tetrachlorbenzen, MCB – Chlorbenzen, DCB – Dichlorbenzen)
t-DCE c-DCE Benzen TCE PCE MCB 1,2-DCB 1,4-DCB
Aug.2001 0,18 0,28 0,15 4,57 3,06 0,92 0,78 1,05
Sep.2002 0,31 0,56 0,24 9,49 6,61 1,13 1,84 1,19
Nov.2002 < 0,001 < 0,001 0,32 8,35 5,45 0,98 < 0,001 < 0,001
Jun. 2003 < 0,001 < 0,001 27,31 6,85 3,37 2,02 0,01 0,32
182

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
wasseranstieg im Wesentlichen auf einen verminderten Abstromgradienten in ESE-wärtiger
Richtung zurückzuführen ist. Bestätigen sich zukünftig der beschleunigte Grundwasseranstieg
und die Belastung mit volatilen Kontaminanten, sollte erwogen werden, das daraus resultierende
Gefahrenpotential für angrenzende Schutzgüter, z.B. Wohngebäude, in weiterführenden
Untersuchungen zu erfassen.
mg/l - Lft.- mS/cm
70
Auch in Arealen an denen bisher
nur sehr geringe Schwankungen
Filtertiefe: 3,5-6,7 m
60
des Grundwasserstandes
pH-Wert
Leitfähigkeit
cis-Dichlorethen Benzen
erfolgten sind nach dem Hochwasser
Änderungen erkennbar,
50
Chlorbenzen
1,2-Dichlorbenzen
1,4-Dichlorbenzen Chloraniline
40
wie Abbildung 4 am Beispiel
einer geschichteten Kontamination
30
20
im Bereich Bitterfeld/
Geppin, die durch drei einander
unmittelbar benachbarte in
10
0
unterschiedlichen Tiefen verfilterten
Grundwassermeßstellen
August 01 September 02 November 02 Juni 03
mg/l - (Ltf.- mS/cm)
zeigt. Hier steigen die Pegelstände
über den gesamten Beob-
70
60
50
Filtertiefe: 8,8-11,8 m
achtungszeitraum um 15-27 cm.
Die höchsten Belastungen
liegen durchgängig im Tiefenbereich
8,8-11,8 m vor und
40
werden durch Chlorbenzen,
30
Dichlorbenzene und Benzen
20
bestimmt. Im Juni 2003 waren
zusätzlich cis-Dichlorethen und
10
0
Chloraniline nachweisbar. Die
Belastungen mit Chlorbenzenen
August 01 September 02 November 02 Juni 03
erreichen im September und
mg/l - Ltf.- mS/cm
70
November 2002 die höchsten
Filtertiefe: 24,8-27,8 m
Werten und scheinen im
60
50
weiteren Zeitverlauf wieder zu
sinken. Der im Juni 2003
erfolgte Nachweis von Chloranilinen
40
30
in allen drei Horizonten
und cis-Dichlorethen in den
beiden tieferen Schichten lassen
20
jedoch zukünftig weiter veränderte
10
Belastungsmuster
0
erwarten.
August 01 September 02 November 02 Juni 03
Abb. 4: Geschichtete Kontamination im
Gebiet BTF-Greppin)
Sowohl die Kontaminationsmuster
als auch die in Tabelle 2
wiedergegebenen Trends der
pH-Werte und elektrischen
Leitfähigkeiten lassen auf
voneinander weitgehend unabhängige Kontaminationsschichten schließen. Während im oberen
Horizont der pH-Wert nach einem Anstieg aktuell erheblich absinkt und die elektrische Leitfähigkeit
ansteigt, sinken im mittleren Horizont pH-Wert und Leitfähigkeit mit der Zeit.
183

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Tab. 2: Elektrische Leitfähigkeiten (Ltf.) [mS/cm] und pH-Werte (pH) an der Pegelgruppe BTF-Greppin
Tiefe 3,5-6,7 m 8,9-11,9 m 24,9-27,9 m
pH Ltf. pH Ltf. pH Lft.
Aug.2001 5,9 3,3 5,8 10,9 5,4 12,8
Sep.2002 6,0 3,2 5,6 11,1 6,6 9,5
Nov.2002 6,2 3,3 5,8 10,7 7,0 9,3
Jun. 2003 5,3 3,5 5,1 10,6 6,6 8,7
Dagegen sind im tiefsten Horizont ein pH-Anstieg und eine Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit
festzustellen.
Mit der sich abzeichnenden Veränderung des Grundwasserfließregimes können sich mittelfristig
neue, wegen der komplexen hydrogeologischen Raumstruktur zurzeit noch schwer
vorhersehbare Abstromfahnen ausbilden. Als Indikator dafür wird eine im Untersuchungsgebiet
in SO-Richtung verlaufende Schadstofffahne mit Rückständen der Pflanzenschutzmittelproduktion
herangezogen. Die Gehalte dieser Methyl(di)thiosphorsphorsäuerester sind
gegenüber 2001 zwar angestiegen, eine grundlegende Veränderung ihres Abstormverhaltens
war hier bisher noch nicht festzustellen.
Auch zukünftig muß mit einem fortgesetzten Grundwasseranstieg und damit einher gehendem
Schadstofftransfer in oberflächennahe Bereiche sowie. eine Schadstofffreisetzung aus bisher
noch nicht vom Grundwasser beeinflussten Altablagerungen und daher veränderten Kontaminationsprofilen
gerechnet werden.
Neue weitreichende Eingriffe in den regionalen Grundwasserhaushalt werden durch die anstehenden
Maßnahmen des Ökologischen Großprojekts (ÖGP) zur hydraulischen Abstromsicherung
in den Kernzonen der Grundwasserkontamination erfolgen. Ihre beschleunigte
Realisierung ist auch durch die Hochwasserereignisse vom August 2002 mitbestimmt. Hieraus
können sich auch in mittelbar betroffenen Arealen erneut veränderte Abstromverhältnisse
einstellen und auch dort zur Reduzierung des Belastungspotentials führen. Die vorliegenden
Altdaten und die in diesem Vorhaben gewonnenen Erkenntnisse sollten, sowohl im Interesse
der Öffentlichkeit als auch aus wissenschaftlichen Gründen, zukünftig zur Beobachtung ausgewählter
Effekte der hydraulischen Abstromsicherung verwendet werden. Die Fortsetzung
dieser Untersuchungen würde zum einen die Maßnahmen der öffentlichen Hand ergänzen, zum
anderen hätte sie, weit über Bitterfeld hinausweisenden Modellcharakter für die Erfassung der
Effekte weitreichender Eingriffe in das hydraulische Regime kontaminierter Altstandorte und
Altablagerungen.
184

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Ermittlung räumlicher Risikobereiche und Auswirkungen auf die
Landnutzung
Peter Wycisk, Christian Neumann, Gerd Fleck, Wolfgang Gossel
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Geologische Wissenschaften und Geiseltalmuseum,
FG Umweltgeologie, Domstrasse 5, 06108 Halle/Saale, Tel. 0345/55-26134, Fax 0345/55-27177
wycisk@geologie.uni-halle.de
Die durch unterschiedliche Schadstoffquellen induzierte, sehr komplexe und großräumige
Grundwasserbelastung des Gebietes Bitterfeld / Wolfen hat sich in entsprechenden Zeiträumen
in ihren Verteilungsmustern auf die tagebaubedingte hydraulische Situation eingestellt. Durch
den hochwasserbedingten Einstau und Überlauf der Goitzsche wird sich das hydraulische
System künftig neu orientieren und eine nach NE ausgerichtete Abstromfahne in das Gebiet
Fuhne / Mulde aufbauen.
Im Rahmen der Beurteilung von Nutzungsaspekten werden möglichst ortskonkrete Aussagen
zur Schadstoff- und Konzentrationsverteilung eines sich veränderten Strömungsfeldes benötigt.
Aufgrund des komplexen Schadstoffmixes von Organika (u.a. Chloraromaten, LCKW's,
BTEX-Aromaten, Produktionsrückstände von Pflanzenschutzmitteln) ist hierbei die regionalisierte
Betrachtung des stoffspezifisches Verhaltens sowohl in physiko-chemischer als auch in
toxikologischer Sicht notwendig. Die Beurteilung erfolgt auf der Basis der aktuellen und bestehenden
Analysen (AP 8.2) in Verbindung mit dem aufgebauten digitalen 3-D Raummodell des
Bereiches Bitterfeld-Süd . Hier werden speziell auf der Basis von Prinzipmodellierungen zum
Stofftransportverhalten, in Abhängigkeit von der veränderten hydraulischen Situation, detailliertere
Aussagen aufgrund der rinnen-dominierten Aquifer-Struktur möglich. Die Ergebnisse
zielen auf eine Regionalisierung der Konzentrationsverteilungen von vorrangig organischen
Stoffen und Stoffgruppen vor dem Hintergrund der bestehenden Landnutzung und der
Empfindlichkeit der Schutzgüter ab, wobei flächenbezogene Aussagen aufgrund der bestehenden
statistischen Verteilungsmuster z.T. methodische Fragen aufwerfen. Die Auswirkungen
durch belastete Grundwässer und geringe Flurabstände auf Schutz- und Sachgüter sowie auf die
Vorfluter sind besonders zu beachten. Plausibilitätsprüfungen des Ausbreitungsverhaltens
werden durch hydraulische Prinzipstudien abgesichert.
Diese Bewertung dient sowohl der allgemeinen als auch der maßnahmenorientierten Schadensvorsorge.
Aufgrund der gestiegenen Grundwasserstände (multikausal) sowie einer zunehmenden
Beeinflussung der Oberflächengewässer ist eine mögliche Gefährdung einzelner
Schutzgüter und Nutzungsformen unter Expositionsgesichtspunkten ortskonkret abzuschätzen.
Die GIS-gestützte flächendifferenzierte Bearbeitung erfolgt auf der Basis hochauflösender
DGM und georeferenzierter Flächennutzungsdaten.
Die Auswirkungen des Grundwasseranstiegs, aktueller Absenkungsmaßnahmen und der Veränderung
der Kontaminations-/Strömungssituation im Grundwasserleiter sind dabei sowohl auf
die spezifischen Sachgüter und Landnutzungs-/Flächennutzungsaspekte wie auch auf die differenzierten
ökologischen Inhalte der Oberflächengewässer umzusetzen.
Ausgehend von der sich verändernden hydraulischen Situation und der jeweiligen Grundwasserbelastung
sind für Stoffgruppen bzw. Einzelstoffe Schutzgutbetrachtungen anzustellen, die
sowohl die Transmissionspfade als auch unterschiedliche Expositionsaspekte für spezifische
Schutz- und Sachgüter ermitteln und bewerten. Dies muss unter besonderer Berücksichtigung
der langfristigen Grenzflurabstände bzw. Mindestflurabstände für die unterschiedlichen
Nutzungsbereiche je nach Schutzgut und Empfindlichkeit betrachtet werden. Dabei wird
gleichzeitig Forschungsbedarf zur Ermittlung der flächendifferenzierten Grundwasserneubildung
deutlich. Die Erfassung, Analyse und Bewertung der hydraulisch wirksamen Randbedin-
185

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
gungen sind vor dem Hintergrund der komplexen geologischen Untergrundsituation und dem
Langzeitverhalten von verbleibenden Restkontaminationen in den einzelnen Grundwasserleitern
zum Prozessverständnis von entscheidender Bedeutung. Dieser komplexe Ansatz dient
sowohl einer maßnahmenorientierten Schadensvorsorge und ist aufgrund der Gegebenheiten
des Raumes Bitterfeld / Wolfen auch als beispielhaft für vergleichbare Megasites zu nutzen.
Ein weitergehender Forschungsbedarf orientiert sich an den relevanten Prozessen und den
raumbezogenen Auswirkungen und ihrer Bewertung auf die Flächen- und Landnutzung. Im
Einzelnen sind folgende Aspekte und Teilfragestellungen für die raumbezogene Bewertung von
Bedeutung:
a. Auswirkung der Grundwasserneubildung auf die zeitliche Dynamik und Verlagerung der
Grundwasseroberfläche in Abhängigkeit vom gebietsdifferenzierten Niederschlag / Versickerung,
b. Prozessverständnis im Grenzbereich gesättigte/ungesättigte Zone speziell des Stoffaustragsverhaltens
aus den kontaminierten Bereichen der oberen Bodenschichten,
c. Berücksichtigung der Auswirkungen der aktuellen hydraulischen Maßnahmen auf die Stoffaustragssituation
im kleinräumigen Maßstab,
d. der Beurteilung der resultierenden Stoffausträge und Austragsdynamik in die bestehenden
Vorfluter unter besonderer Berücksichtigung einer Veränderung des hydraulischen Strömungsfeldes
nach Nordosten durch den eingetretenen Wasserstand der Goitsche,
e. Beurteilung der relevanten Kontaminaten unter Transmissions- und Langzeitwirkungsbezug
(Persistenz/Toxizität) im Hinblick auf Flächen- und Landnutzung sowie aquatische
Ökosysteme.
Die Grundwasserneubildung ist eine wesentliche Größe zur Abschätzung des Transferpfades
von Kontaminationen ins Grundwasser. Für ortkonkrete und zeitlich genaue Aussagen zum
Eintrag ins Grundwasser wird eine räumlich und zeitlich differenzierte Grundwasserneubildungsmodellierung
benötigt da sich in den letzten Jahren sowohl die Niederschlagsverteilung,
als auch die Landnutzung (Entsiegelung) deutlich verändert hat. Die Modellierung der Grundwasserneubildung
ermöglicht über die Abschätzung von Transferpfaden hinaus auch die prognostische
Berechnung für zu definierende, von der Situation der Vergangenheit abweichende
Systemzustände (z.B. veränderte Grundwasserflurabstände, veränderte Landnutzung).
Die Berechnung der Grundwasserneubildung wurde durch das Fachgebiet Umweltgeologie der
MLU Halle im Auftrage und mit Unterstützung der Bundesanstalt für Geowissenschaften und
Rohstoffe im Rahmen des Hydrologischen Atlas Deutschland bereits bundesweit und auch im
Hinblick auf Methodenvergleiche für einzelne Bundesländer durchgeführt. Aufbauend auf
diesen Erfahrungen kann eine in der räumlichen und zeitlichen Diskretisierung adäquate
Verbesserung der Verfahren und eine Berechnung für den Raum Bitterfeld umgesetzt werden.
Aus hydrologischen Gründen ist eine Ausweitung des Untersuchungsgebiets mindestens bis zu
den Grenzen des oberirdischen Einzugsgebiets notwendig, was einer regional-skaligen Bearbeitung
gleichkommt. Eine weitere Vergrößerung des Untersuchungsgebiets aufgrund der Berücksichtigung
anthropogener Einflüsse ist möglicherweise notwendig.
Die bisher angewandten Verfahren zur Berechnung der Grundwasserneubildung sind zur
Ermittlung der räumlich differenzierten mittleren jährlichen Grundwasserneubildung erstellt
worden. Über sie ist mit Hilfe der meteorologischen Daten lediglich eine weitere zeitliche
Diskretisierung auf Monatswerte eines mittleren Jahres zulässig. Zur Berechnung zeitkonkreter
Werte von Monats- oder Wochensummen der Grundwasserneubildung ist die Anwendung eines
Bodenwasserhaushaltsmodells notwendig.
186

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
In die Berechnung des Zwischenabflusses gehen darüber hinaus Informationen zum Aufbau der
ungesättigten Zone unterhalb der Bodenzone ein. Diese Informationen müssen in der für das
Ergebnis notwendigen räumlichen und zeitlichen Differenzierung vorliegen. Klimadaten
sollten als Tageswerte, Boden, Landnutzung, Grundwasserflurabstand und Hangneigung als
Vektordaten oder in einer Rasterauflösung von 40 oder 50 m vorliegen. Zur Berechnung des
Zwischenabflusses werden zusätzlich Daten zum geologischen Aufbau der ungesättigten Zone
unterhalb der Bodenzone benötigt. Für den zentralen Teil Bitterfeld Wolfen liegt ein digitales
geologisches Raummodell aus dem Verbundvorhaben SAFIRA vor, das hier eingesetzt werden
kann.
Bodenwasserhaushaltsmodelle ermitteln Wasser- und Stofftransportprozesse innerhalb der
Bodenzone auf der Grundlage physikalischer Daten. Sie unterscheiden sich damit grundlegend
von Modellen mit empirischen Anteilen (z.B. Verfahren zur Berechnung des Gesamtabflusses
nach BAGROV/GLUGLA). Durch den Modellansatz ist einerseits eine höhere zeitliche Auflösung
zu erzielen, auf der anderen Seite ist der Datenbedarf für die Modellparameter wesentlich
höher. Bodenwasserhaushaltsmodelle berechnen grundsätzlich nur den Sickerwasseranteil am
Gesamtabfluss, evtl. auch noch den Oberflächenabfluss. Von dem Sickerwasseranteil muss zur
Berechnung der Grundwasserneubildung der Zwischenabfluss noch einmal getrennt ausgewiesen
bzw. abgezogen werden. Für den Hydrologischen Atlas Deutschland wurde hierfür vom
Fachgebiet Umweltgeologie das weitgehend statistische Verfahren des Baseflow-Index entwickelt.
Für das Untersuchungsgebiet Bitterfeld sollte dieses Verfahren ergänzt werden durch ein
dreidimensionales numerisches Modell der ungesättigten Zone. Hierfür ist ein erheblicher Zeitbedarf
einzuplanen, da für das gesamte Untersuchungsgebiet ein dreidimensionales geologisches
Modell der ungesättigten Zone erstellt werden muss.
Vor dem Hintergrund der Grundwasserneubildungsmodellierung kann ein vertieftes Prozessverständnis
für den Grenzbereich gesättigte/ungesättigte Zone entwickelt werden. Hier ist das
Stoffaustragsverhalten der ungesättigten Zone von Bedeutung, die in weiten Teilen aus industriellen
Auffüllungen und Kippen der Bergbaufolge sowie natürlichen boden/geologischen
Abfolgen besteht. Die stoffliche Belastung der sowohl industieinduzierten wie auch natürlichen
(Hochwasser) Stoffeinträge sind hier zu beachten.
Eine dynamische Komponente in der Wasserhaushaltsbetrachtung stellen die Auswirkungen
der aktuellen hydraulischen Maßnahmen im Industrie- und Stadtgebiet von Bitterfeld/Wolfen
auf die Stoffaustragssituation im kleinräumigen Maßstab dar. Diese Wechselwirkungen sind in
die Fragestellung und der Beurteilung des Prozess-Wirkungsgefüges mit einzubeziehen.
Aufgrund eines z.T. flächenhaft erhöhten Grundwasseranstiegs sind die resultierenden Stoffausträge
bezüglich der unterschiedlichen Schutzgüter zu betrachten. Dies schließt die Beurteilung
der relevanten Kontaminaten unter Transmissions- und Langzeitwirkungsbezug
(Persistenz/Toxizität) im Hinblick auf Flächen- und Landnutzung sowie aquatische Ökosysteme
ein.
187

’Schadstoffbelastung nach dem Augusthochwasser 2002 - Ergebnisse und Forschungsbedarf’
Autorenindex
(alle Seitenzahlen sind im
PDF zu den Abstracts
verlinkt)
A
Abraham 6
Ahlf 61, 149
Altenburger 9
Anacker 12
B
Baborowski 17
Bauer 149
Berger 22, 149
Bernhofer 22
Birger 43
Bittkau 166
Blohm 149
Börnick 28
Brack 9
Brauch 137
Broekaert 83
C
Conradt 32
Czegka 74
D
Dannenberg 149
Dinkelberg 65
E
Einax 95
Ertl 107
F
Fleck 185
Francke 58
Franke 58
Freyer 110
Friede 78
Friese 17, 141
Friese, H 32
G
Gläßer 43
Goldberg 22
Gossel 185
Götz 149
Greif 83, 114
Grischek 28
Gröngröft 37
Grote 9
Grunewald 98, 106
Gutteck 12
H
Haase 43
Hanisch 74
Heege 43
Heinzel 58
Heise 61, 149
Herwig 65
Hornemann 71
Höss 61
J
Jendryschik 74
Junge 74
K
Kammer 17
Kardel 114
Kasimir 78
Klemm 83
Knittel 83
Knöchel 88, 92
Knoth 158
Kowalik 95
Kozerski 145
Krüger 37, 98, 106, 158
Küchler 32
L
Lauer 149
Lincke 110
Luckner 154
M
Martínek 102
Medek 102
Meissner 98, 106
Michaelis 107
Michel 92
Miehlich 37
Morgenstern 74
Moschütz 9
N
Neumann 185
O
Osenbrück 133
P
Pälchen 114
188

Tagungsband Statusseminar des BMBF-Ad-hoc-Verbundprojektes in Freiberg, 27.-29.08.2003
Paschke 9
Petzoldt 98, 106
Popp 110, 176
R
Rank 114
Reinartz 43
Reincke 158
Rinklebe 121
Ritschel 65
Ritzel 92
Roch 149
Rohde 32
Rückert 180
S
Sacher 137
Sbjeschni 166
Schanze 127
Scharf 74
Schirmer 9
Schlosser 166
Schmidt 137
Schneider 133
Schreiber 110
Schröder 137
Schultze 141
Schüürmann 9
Schwartz 106, 145, 158
Siemens 83
Sievers 149
Sommer 154
Specht 58
Stachel 158
Stehr 161
Stien 137
Strauch 166
Sudbrack 172
T
Treutler 74, 110, 176
Tümpling 110, 176
U
Uhlig 158
Ullrich 154
V
Veen 141
Verner 102
Volk 43
W
Walter 9
Wanke 92
Weichel 43
Weiß 180
Welker 12
Wenderoth 6
Wennrich 110, 176
Wenzel 9
Worch 28
Wycisk 185
Z
Zerling 74
Zober 43
189