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Fachstudie „Ermittlung der Veränderung der Schadstoffbelastung in den Böden der vom Juni-Hochwasser 2013 überfluteten Elbauen"“

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Innerhalb nur eines Jahrzehntes hat das Einzugsgebiet der Elbe vier schwere Hochwasserereignisse (August 2002, März/April 2006, Januar 2011, Juni 2013) erlebt, bei denen es aufgrund der extremen Wasserführung zu erheblichen Schadstofftransporten innerhalb des Flussgebietes kam. Das Elbe-Hochwasser vom Juni 2013 wies in weiten Bereichen des Einzugsgebietes historische Maximalabflüsse und Pegelstände auf und war mit erheblichen Erosionen, Umlagerungen und Ablagerungen von Sedimenten verbunden.

Elbe-Hochwasser in Rathen-Juni 2013-02

Elbe-Hochwasser in Rathen im Juni 2013, Quelle: Dr. Bernd Gross, Wikimedia Commons

Schadstoffbelastete Schwebstoffe sedimentieren nicht nur in den strömungsberuhigten Bereichen des Flusses, wie z. B. in Buhnenfeldern und Seitenstrukturen. Es kommt auch zu einem relevanten hochwasserbedingten Schadstoffeintrag in die flussbegleitenden Vordeichsflächen (Auen- und Marschenbereiche). In der Vergangenheit wiesen nach solchen Hochwässern die frischen Sedimente hohe Schadstoffbelastungen auf. Die Klärung der Frage nach dem qualitativen und quantitativen Umfang ist insbesondere im Hinblick auf die Umsetzung von Sedimentmanagementkonzepten und vorsorgenden Hochwasserschutzmaßnahmen wie z. B. Deichrückverlegungen und Polderungen von entscheidender Bedeutung.

 

Das Institut für Bodenkunde der Universität Hamburg (Arbeitsgruppe Prof. Eschenbach) wurde durch das ELSA-Projekt mit der Studie „Ermittlung der Veränderung der Schadstoffbelastung in den Böden der vom Juni-Hochwasser 2013 überfluteten Elbauen“ in 2014 beauftragt, um das Ausmaß des hochwasserbedingten Schadstoffeintrags zu ermitteln und die Funktion der Vordeichsflächen als temporäre/dauerhafte Schadstoffsenke zu bestimmen.

Zu diesem Zweck wurden 40 der 2003 nach dem Extremhochwasser von 2002 eingerichteten Monitoringflächen entlang der Elbe (zwischen Elbestromkilometer 128 und 493) erneut beprobt und auf ihre elberelevanten Schadstoffe analysiert. Zusätzlich wurden drei weitere Monitoringflächen im Hamburger Raum (Stromkilometer 590 bis 598) analog zu den Standorten aus dem Jahr 2003 eingerichtet und ebenfalls beprobt.

Karte vom Untersuchungsgebiet

Das Elbeeinzugsgebiet inklusive der Monitoringflächen

Mit dieser neuen Studie ist es zum ersten Mal möglich, die Veränderung der Schadstoffbelastung von Böden in Vordeichsflächen der Elbe innerhalb von 10 Jahren zu untersuchen.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Auenböden an der Elbe teilweise hochgradig mit Schwermetallen und Arsen belastet sind. Dabei ist der Flussabschnitt unterstromig der Mulde/Saale-Einmündung, wie schon 2003, festgestellt wesentlich höher belastet als der oberstromige Abschnitt. Überschreitungen von Maßnahmenwerten für die Grünlandnutzung gemäß BBodSchV sind, wie schon 2003, bei Arsen, Kupfer und Quecksilber festgestellt worden.

Diagramm Quecksilbergehalte

Keine systematische Veränderung der Quecksilbergehalte (Quelle: Universität Hamburg, Institut für Bodenkunde, 2015)

Diagramm Verteilung der Quecksilbergehalte über den Elbstrom

Verteilung der Quecksilbergehalte (Quelle: Universität Hamburg, Institut für Bodenkunde, 2015)

Die Ergebnisse der organischen Schadstoffanalyse zeigen ein etwas anderes Bild. Hier sind nur für die TBT- und PCDD/PCDF-Gehalte deutliche Gehaltszunahmen nach Zufluss von Mulde und Saale zu beobachten. Maßnahmenwerte nach BBodSchV werden in keiner untersuchten Probe überschritten. Überschreitungen des ebenfalls angegebenen oberen Schwellenwertes zur Sedimentklassifizierung nach IKSE (2014) sind bei allen organischen wie anorganischen Schadstoffen, mit einer Ausnahme von Chrom, anzutreffen.

Außerdem zeigte sich, dass teilweise sehr hohe pflanzenverfügbare Cadmium-, Blei- und Zinkgehalte in den Auenböden zu finden sind. Vor allem Flächen mit hohen Gesamtgehalten und niedrigem pH (pH < 5,5) weisen je nach Spurenmetall einen hohen mobilisierbaren Vorrat auf. Überschreitungen von Maßnahmen- und Prüfwerten für Ackerbauflächen bezüglich mobilisierbarer Schadstoffe gemäß BBodSchV ergeben sich sowohl für Cadmium als auch für Blei und Zink.

Veränderung der Belastungssituation

Die Veränderung der Belastungssituation in den Auen und Überschwemmungsbereichen lässt sich gut aus einem standortspezifischen Vergleich der Belastungssituation der Jahre 2003 und 2014 ableiten.
Die Ursache für die tendenzielle Abnahme der Schadstoffgehalte könnte eine Sedimentation schwächer belasteten Materials sein (Abdeckung/Capping) oder durch die Verlagerung von Schadstoffen in tiefere Bodenschichten hervorgerufen (Bioturbation/Leaching) worden sein. Es ist aber auch denkbar, dass lediglich die Anwendung unterschiedlicher Analysenverfahren in den Jahren 2003 und 2014 zu den festgestellten Abweichungen geführt hat.

Es war zu vermuten, dass durch Verminderungen der Schadstoffzufuhr (Quellthermreduzierung) innerhalb des Einzugsgebietes in den letzten Jahren, die diesjährigen frischen Sedimente eine geringere Belastung aufweisen, als die Sedimente des Hochwassers von 2002. Jedoch ist zu berücksichtigen, dass mit einer messbaren Veränderung des Zustandes der Auenböden an der Mittelelbe durch neue Sedimentation durch ein einzelnes Hochwasser nicht zu rechnen ist, da ein Hochwasserereignis i. d. R. lediglich 1-2 mm frisches Sediment ergibt - dies ist ins Verhältnis zur Standardprobentiefe von 10 cm zu setzen.

Monitoringflächen

Die neu in das Untersuchungsprogramm aufgenommenen Hamburger Monitoringflächen zwischen Elbkilometer 590 und 598 weisen für viele der elbtypischen Schadstoffe vergleichsweise geringere Belastungen auf als die weiter stromaufwärts im Bereich der Mittelelbe gelegenen Standorte. Als Ursachen kommen unterschiedliche Aspekte in Betracht.

Die Hamburger Monitoringflächen weisen eine abweichende relative Höhenlage über dem Gewässer auf und werden zumeist bei Sturmfluten (Nordsee/Ästuar) überschwemmt, nicht jedoch bei Hochwässern aus dem Mittellauf der Elbe. Diese Situation bedeutet eine Vermischung unterschiedlicher Wässer mit unterschiedlicher Schwebstoffbelastung. Eine eindeutige Klärung der Ursache der unterschiedlichen Schadstoffbelastung ist hier nicht möglich.

Ausnahmen in den ansonsten für die meisten Flächen geltenden Verringerungen der Schadstoffbelastung bilden zwei Monitoringflächen bei Lütkenwisch. Diese Flächen zeigen für alle Schwermetalle und einige organische Schadstoffe (z. B. TBT, PCB, PAK) zumeist erhebliche Gehaltszunahmen. Als eine mögliche Ursache wird die unweit durchgeführte Deichrückverlegung bei Lenzen (anthropogen bedingte Bodenumlagerung) zur Diskussion gestellt.
Weitere Untersuchungen zu den Auswirkungen von Deichrückverlegungen, die das Prozessverständnis zu Sedimentation und Schadstoff-Belastungssituation in den direkt betroffenen Auen und eine Abgrenzung der betroffenen Überschwemmungsbereiche stromabwärts ermöglicht, sind daher zu empfehlen.



Insgesamt zeigt sich, dass die regelmäßige Untersuchung der Belastungssituation der durch Hochwasser überfluteten Elbauen die Kenntnisse der aktuellen Situation und die zeitliche Veränderung der Schadstoffbelastung der Elbsedimente und der Auenböden deutlich steigert. Durch ein regelmäßiges Monitoring der Schadstoffbelastung und deren Veränderung kann der Einfluss von anthropogenen Veränderungen im Elbeeinzugsgebiet erfasst und eine Analyse der die Belastung steuernden Parameter durchgeführt sowie der Einfluss von Maßnahmen des Wassermanagements am Elbestrom auf die Belastung der Elbauen bewertet werden.

 

Download

Fachstudie: Ermittlung der Veränderung der Schadstoffbelastung in den Böden der vom Juni-Hochwasser 2013 überfluteten Elbauen (pdf-Datei, 3 MB)

Vortrag: Am 02.12.2015 fand im Konferenzzentrum der Behörde für Umwelt und Energie eine Informations- und Diskussionsveranstaltung zu diesem Thema statt