Entwicklung der Gewässergüte in einem ausgewählten Flussabschnitt der Elbe
Dieses Projekt setzt den Fokus auf die Gewässergüte in einem ausgewählten einem Flussabschnitt der Elbe. Im Rahmen meines Stipendiums arbeite ich an der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) in Koblenz. Ich arbeite im Referat U2 Ökologische Wirkungszusammenhänge und kann dort das Gewässergütesimulationsmodell QSim verwenden. QSim ist ein Instrument zur Simulation und Prognose des Stoffhaushalts und der Planktondynamik in Fließgewässern. Die aktuelle Version ist das Resultat von 30 Jahren kontinuierlicher Entwicklungsarbeit und Erfahrungen. Das Gewässergütemodell QSim beschreibt in mathematischer Weise (beruhend auf Differrenzialgleichungen und algebraischen Gleichungen ohne den Einfluss des Zufalls) die komplexen chemischen und biologischen Vorgänge in Fließgewässern. Ein wesentliches Merkmal ist die Verknüpfung eines hydraulischen Model(HYDRAX) zur Simulation des Abflusses mit einem Gewässergütemodell (QSim) zur Simulation der Gewässergüte, das verschiedene biologische Modellbausteine umfasst. Das Vorschalten des hydrodynamischen Modells führt zu genaueren Ergebnissen der Gewässergüte. Es muss gesagt werden, dass dieses Modell nur eindimensional ist. Die betrachteten Zustandsgrößen werden als gleichverteilt über den gesamten Gewässerquerschnitt betrachtet. An der BfG gibt es bereits ein mehrdimensionales Modell der Tideelbe, das die Werte in dem vertikalen Profil der Strömung modelliert. Dies führt zu einer besseren Modellierung im Küstenbereich hauptsächlich durch Berücksichtigung von vertikalen Schichtungen in Stauseen und Flussmündungen.
Das Modell ist modular aufgebaut und wird in einer grafischen Oberfläche Gerris betrieben, die die Programmsysteme HYDRAX und QSim enthält. Komponenten sind außerdem der Modelleditor, wobei hier Querprofil zur Eingabe morphologischer und hydrologischer Daten erstellt werden. Das erstellte Modell wird dann in Hydrax durch die Eingangsvariablen Abfluss und Wasserstand ergänzt. Die Ergebnisse der hydraulischen Modelliuerung Abfluss und den Wasserstandsdaten werden für ökologische Modellierung in Qsim. In QSim werden dann meteorologische Daten, insbesondere Temperatur und Globalstrahlung ergänzt. Des Weiteren ist werden auch Eingangsparameterwerte der Wasserqualität ergänzt. Als Eingabedaten werden morphologische und hydrologische Informationen, Wetterdaten, physikalische, chemische und biologische Informationen benötigt. Diese Daten sind notwendig um die Randbedingungen in dem Modell zu bestimmen.
Der in diesem Projekt betrachte Flussabschnitt der Elbe liegt in der Tschechischen Republik, der an der BfG nicht modelliert wurde. Dieser Bereich wirkt sich stark auf den Rest des Flusses aus, der durch Deutschland fließt. Genauer gesagt, umfasst er etwa 240 km von der Stadt Pardubice zur Staatsgrenze der Tschechischen Republik – Deutschland (Dorf Schmilka). Auf diesem Teil der Elbe sind 23 Staustufen. Ausgewählt wurden die 9 wichtigsten Nebenflüsse, die an ihrer Mündung eine Mindestgröße von 5% des Abfluss der Elbe erreichen (auf lange Sicht).
Die Hauptaufgabe war alle Daten zu sammeln, die für die volle Funktionsfähigkeit des Modell benötigt werden. Für den Berichtszeitraum wurden die Jahre 2010 bis 2015 ausgewählt. Es war nicht einfach, alle Daten zu erhalten. Deshalb, um das Funktionieren des Modells zu verstehen wurde in der Zwischenzeit ein begrenzter Datensatz verwendet. Hierfür wurde die seit einigen Jahren frei verfügbare Webseite der Internationalen Kommission zum Schutz der Elbe genutzt. Es wurde den Betrieb des erstellten Modell überprüft.
Anfang Juni war die Validierung der Abflussraten aus den Jahren 2010 2015 fertig, und die Modellergebnisse zeigten eine große Ähnlichkeit mit den Messergebnissen.
Während meines Aufenthaltes an der BfG habe ich auch an Dienstreisen teilgenommen. Ich nahm an einer Reise an die Mündung des Flusses Ems, der Elbemündung und der Flüsse Weser und Havel teil. Auf diesen Reisen arbeite ich mit modernen Messinstrumenten, die der Überwachung der Wasserqualität dienen. Diese Messgeräte wurden zur kontinuierlichen Überwachung von Änderungen im Fluss installiert. Arbeitsprozesse für das Be- und Verarbeiten einer Wasserprobe aus dem Freiland wurden mir wermittelt. Darüber hinaus beteiligte ich mich auch an der Arbeit im Labor für die chemische Analyse von Proben von Oberflächenwasser.
Im Juni werden die Ergebnisse des Modells QSim validiert zur Anpassung des Modells für genauere Modellergebnisse. Dies ist wichtig zu beachten. Die Modellergebnisse dieses Modells des tschechischen Elbeabschnittes können auf andere Teile der Elbe gekoppelt werden, zum Beispiel den deutschen Elbeabschnitt. Ziel ist, besser zu verstehen, wie sich die Wasserqualität der Elbe im gesamten Flussgebiet in Zukunft entwickeln wird.