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Fachstudie „Muldestausee II - Auswirkungen des Extremhochwassers vom Juni 2013 auf die Sedimente des Muldestausees“

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Sedimentuntersuchungen weisen den Bitterfelder Muldestausee als eine bedeutende langjährige Schadstoffstoffsenke nicht nur innerhalb des Muldeeinzugsgebiets, sondern auch für das unterstromige Elbesystem insbesondere bezüglich schwermetallbelasteter Schwebstoffe aus.

 

Im Rahmen der Untersuchungen zum aktuellen Potenzial der Schadstoffsenke Muldestausee und zur jüngsten Entwicklung seit dem Jahrhunderthochwasser vom August 2002 (siehe Fachstudie Muldestausee I - Schadstoffsenke Muldestausee) standen die Ökosystemleistung des Muldestausees für den Schadstoffrückhalt im Unterlauf der Mulde und Elbe, ihre zeitliche Dauer der Wirksamkeit und mögliche Maßnahmen für einen verbesserten Rückhalt im Fokus. Mit dem Auftreten des Hochwassers vom Juni 2013, dass aufgrund seines Durchflusses (1.720 m³/s), seiner erreichten Hochwasseralarmstufen und seiner Wirksamkeit (Deichbrüche, Überflutungen) viele Parallelen zum Extremhochwasser vom August 2002 (2.200 m³/s) aufwies, wurden ergänzende Untersuchungen zu den Auswirkungen dieses Ereignisses auf die Qualität der mobilisierten und im Muldestausee sedimentierten Hochwassersedimente notwendig.

Das Hochwasser vom Juni 2013

Besonders betroffen vom Juni Hochwasser 2013 waren die Einzugsgebiete der Mulde, der Weißen Elster und das der Elbe. Im Einzugsgebiet der Mulde lagen die Monatsmittelwerte der Durchflüsse für den Juni 2013 bezogen auf den mittleren Monatsdurchfluss an den Pegeln im Flussgebiet der Zwickauer Mulde beim fünf- bis siebenfachen, der Freiberger Mulde beim fünf- bis neunfachen und der Vereinigten Mulde beim achtfachen.

GoogleMaps Karte vom Untersuchungsgebiet

Flussverlauf der Vereinigten Mulde von Bad Düben bis in die Mündung der Elbe bei Dessau (Quelle: Google Maps)


Eindrücke von der Hochwassersituation im Juni 2013 im Umfeld des Muldestausees

Eine Straße endet plötzlich und ist auf der rechten Seite völlig zerstört

Ca. 1,5 km oberhalb des Muldestausees, die Verbindungsstraße von Pouch nach Löbnitz ist auf einer Strecke von 400 m weggespült (Foto vom 15.07.2013, Dr. Frank W. Junge)

Blick von der zerstörten Straße auf die Überschwemmungsgebiete

Durchbruchstelle der Mulde in den Seelhausener See  (Foto vom 15.07.2013, Dr. Frank W. Junge)

Auf dem Foto ist der Muldedeich deutlich zu erkennen, Blick nach Nordwest

Oberhalb des Muldestauseezulaufs: Normalsituation der Muldeaue oberhalb des Muldestausees (Foto: LMBV)

Eine langgezogene Brücke überquert das Gewässer, Blick nach Nordwest

Situation oberhalb des Zulaufs zum Muldestausee während des Juni-Hochwassers 2013 (04.06.2013). Blick nach Westen über die überschwemmte Muldeaue zur Brücke des Muldestausees (Foto: Dr. Frank W. Junge)

Blick nach Südost, Bäume und Büsche stehen unter Wasser

Blick nach Osten über Muldeaue mit Wasserstand rund 1,5 m unterhalb Deichkrone (Foto: Dr. Frank W. Junge)

Ein ruhiges Gewässer mündet in einen See, man sieht Sandbänke, Blick nach Nordwest

Zulauf zum Muldestausee, Normalsituation (Foto: Dr. Frank W. Junge)

Unruhiges, wirbelndes Wasser, die Sandbänke sind überspült, Büsche stehen unter Wasser

Mit hoher Geschwindigkeit und unter Ausbildung von Strömungswalzen fließt die Mulde beim Hochwasser in breiter und gerader Front dem See zu. Ein Großteil des bei Normalwasser sichtbaren Deltas ist vom einströmenden Wasser bedeckt Foto: Dr. Frank W. Junge)

Unruhiges, wirbelndes Wasser in einem breiten Bereich mit überspülten Bäumen und Sträuchern, Blick nach Westen

Ablauf des Muldstausees, Überströmte Muldeaue unterhalb des Muldestausees (Foto: Dr. Frank W. Junge)


Sedimentkernuntersuchungen

Für die Untersuchung des Hochwassers vom Juni 2013 wurden nach dem Juni-Hochwasser zwei Sedimentkerne aus den beiden Teilbecken des Muldestausees entnommen und hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Sedimentqualität analysiert. Untersucht wurden anorganische (As, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Ni, Pb, U und Zn) und organischen Schadstoffe (PCB, HCH, PAK, Furane, Dioxine und Pentachlorbenzen). Für die zeitliche Einordnung der Kerne und den Vergleich der Hochwasserauflagen vom Juni 2013 und vom August 2002 erwies sich dabei der hohe Erkenntnisstand der im Abschlussbericht vom November 2013 niedergelegten Untersuchungsergebnisse (Fachstudie Muldestausee I, Junge 2013) als eine notwendige und hervorragende Grundlage, um verifizierte, allgemeingültige Aussagen zum qualitativen Schadstoffrückhalt und zur Ökosystemleistung des Muldestausees während des Juni 2013-Hochwassers zu erhalten.

Drei Diagramme zeigen die Verteilung der Schadstoffe im Boden

Verteilung der Elemente Arsen, Blei, Cadmium im Sedimentkern FB1 vom Juli 2014 (Friedersdorfer Becken). Teufenangabe in cm (Quelle: F.W. Junge, 2014)

Drei Diagramme zeigen die Verteilung der Schadstoffe im Boden

Verteilung der Elemente Arsen, Blei, Cadmium im Sedimentkern HB3 vom Juli 2014 (Hauptbecken). Teufenangabe in cm (Quelle: F.W. Junge, 2014)

Sedimentqualität des Hochwassers Juni 2013 im Hochwasservergleich

Mit dem Durchströmen der Vereinigten Mulde seit Mai 1975 durch das Restloch des ehemaligen Tagebaus Muldenstein beginnt die flussgesteuerte Sedimentakkumulation im Muldestausee. Seit dieser Zeit werden die Menge, die Zusammensetzung (Korngröße) und die Qualität der im Muldestausee abgesetzten Sedimente wesentlich von der Zusammensetzung des Einzugsgebietes und vom Durchfluss bestimmt. Eine besondere Rolle auf den Sedimentrückhalt im Muldestausee besitzen dabei Hochwässer.

Für die Bewertung der während des Hochwassers vom Juni 2013 (HQ 1.720 m³/s) im Muldestausee abgesetzten Sedimente werden in der vorliegenden Studie Vergleiche zur Sedimentqualität mit den Extremhochwässern vom August 2002 (HQ 2.200 m³/s; Sommerhochwasser) und vom Januar 2011 (HQ 730 m³/s; Winterhochwasser) gezogen. Diese ausgewählten Vergleichshochwässer repräsentieren die beiden Hochwässer mit den höchsten Durchflüssen (Sommer- und Winterhochwässer) während der letzten zwölf Jahre.

Die Sommerhochwässer vom August 2002 und vom Juni 2013 waren im Elbegebiet die extremsten durch Regen induzierten Ereignisse seit 500 Jahren. Obwohl der Spitzenabfluss der Mulde mit 1.720 m³/s im Juni 2013 unterhalb des Rekordwertes von 2002 lag, wurde der Elbe während des Hochwassers im Juni 2013 über eine Woche hinweg ein größeres Wasservolumen zugeführt als 2002. Dies war größtenteils auf die vergleichsweise geringere Anzahl an Deichbrüchen und damit auf einen geringeren Rückhalt der Wassermassen im Muldeeinzugsgebiet zurückzuführen. Verbunden damit war auch eine im Vergleich zum Hochwasser 2002 geringere Schadstoffmobilisierung, die 2002 besonders durch die Erosion zahlreicher Halden im Freiberger Gebiet eine größere Dimension erfuhr (Geller u. a. 2004, Conradt u. a. 2013).

Die vom Hochwasser vom August 2002 im Muldestausee abgesetzten Sedimente weisen im Vergleich zu jenen der Hochwässer vom Juni 2013 und vom Winter 2010/11 bei allen untersuchten anorganischen und organischen Schadstoffen den höchsten Belastungsgrad auf. Dabei werden bei allen anorganischen Schadstoffen (As, Pb, Cd, Zn, Cu, Ni, Hg), mit Ausnahme von Chrom, die oberen Schwellenwerte gemäß Sedimentmanagementkonzept der FGG Elbe / IKSE (FGG Elbe 2013, IKSE 2014) überschritten. Bei den organischen Schadstoffen ist bis auf eine mögliche Überschreitung bei Flouranthen und PAK (feststellbar bei Hochwässern vom Winter 2010/11 und Juni 2013) kein erhöhter Belastungsgrad nachweisbar.


  • Das gleiche Muster einer Überschreitung des Oberen Schwellenwertes gemäß des Sedimentmanagementkonzeptes der FGG Elbe / IKSE wie für das Hochwasser vom August 2002 ist ebenfalls für die Hochwässer Winter 2010/11 und Juni 2013 feststellbar, allerdings auf einem geringeren Gehaltsniveau.
  • Es ist keine generelle Abhängigkeit des Belastungsgrades der Hochwassersedimente im Muldestausee vom Durchfluss feststellbar. Die Schadstoffgehalte der Hochwasserlagen nehmen nicht mit abnehmendem Durchfluss in der Reihung der Hochwässer vom August 2002 (HQ 2200 m³/s), Juni 2013 ((HQ 1720 m³/s) und Winter 2010/11 (HQ 730 m³/s) ab. Ausnahme: Blei und Arsen.
  • Der Vergleich der Sommerhochwässer vom Juni 2013 und vom August 2002 dokumentiert bei allen Schadstoffen generell höhere Gehalte im Sediment des durch höhere Durchflüsse gekennzeichneten Extremhochwassers vom August 2002. Sie kennzeichnet die besondere Situation des Augusthochwassers 2002 mit Schadstoffeinträgen aus dem Muldeoberlauf (Haldenerosion).
  • Im Vergleich zum Winterhochwasser 2010/11 sind die während des Juni-2013- Hochwassers im Muldestausee abgesetzten Sedimente durch einen deutlich geringeren Belastungsgrad ausgewiesen. Ausnahme: Blei und Arsen mit leicht erhöhten Gehalten im Juni 2013-Sediment.

Veränderung der Sedimentqualität während des Hochwassers Juni 2013 im Flussverlauf der Vereinigten Mulde

Die generelle Funktion des Muldestausees für den Schadstoffrückhalt des Elbesystems und die Veränderungen der Sedimentqualität im Muldesystem durch die Schadstoffsenke Muldestausee während des Extremhochwassers vom Juni 2013 im Besonderen sind aus der Abbildung (und weitere in der Studie) ersichtlich. Die Abbildung zeigt links den Vergleich zwischen den Schadstoffgehalten im Sediment des Muldestausees und denen im Schwebstoff unterhalb des Muldestausees (Station Dessau; Daten FIS Elbe) für den Zeitraum 1990 bis 2012. Neben der Rückhaltfunktion zeigt sich, dass sich innerhalb des betrachteten Zeitraums, mit der Stilllegung und Sanierung zahlreicher Schadstoffquellen nach 1990, ein genereller Trend der Verbesserung der Sedimentqualität im gesamten Gewässersystem der Mulde vollzogen hat.

Dies dokumentieren nicht nur die Sedimentdaten des Muldestausees (siehe Fachstudie Muldestausee I, Junge 2013 und Vorgängerarbeiten), sondern auch die ermittelten Stoffgehalte im Schwebstoff des Unterlaufes (Station Dessau; Tabelle 4 des vorliegenden Berichts). Betrachtet man die generelle Funktion des Muldestausees als Schadstoffsenke für den Unterlauf der Mulde (siehe Abbildung und weitere im vorliegenden Bericht, linker Teil: graue Balken), so wird nach Passage des Muldestausees eine generelle Verbesserung des Belastungsgrades im schwebstoffbürtigen Sediment erreicht. Die langjährigen Mittelwerte der Schadstoffe Blei, Cadmium, Arsen, Kupfer, Zink und Chrom im Schwebstoff der Mulde bei Dessau liegen deutlich unterhalb der im Muldestauseesediment ermittelten langjährigen Mittelwerte gleichen Betrachtungszeitraums.

Der Gehaltsrückgang beläuft sich dabei bei Blei um ca. 24 %, bei Cadmium um ca. 61 %, bei Arsen um ca. 8 %, bei Kupfer um ca. 51 %, bei Zink um ca. 8 % und bei Chrom um ca. 9 %. Für die Elemente Cadmium, Kupfer und Blei erweist sich der Muldestausee nach dieser Betrachtung als wirkungsvollste Sedimentfalle. Einzige Ausnahmen bilden die Schadstoffe Quecksilber und Nickel, die im Schwebstoff der Mulde bei Dessau höhere langjährige Mittelwerte ihrer Gehalte aufweisen als im Muldestauseesediment. Zurückzuführen ist dies auf möglicherweise unterhalb des Muldestausees liegende Eintragsquellen aus dem ehemaligen Chemiekomplex Bitterfeld-Wolfen. Besonders drastisch ist dies bei Quecksilber ersichtlich, dessen Gehalte von 0,95 mg/kg (Muldestauseesediment insgesamt) auf 4,30 mg/kg (Schweb Dessau 1993-2011) ansteigen und damit einen Zuwachs um 78 % erfahren (vgl. vorliegenden Bericht).

Gehalt von Blei und Cadmium im Verlauf der Vereinigten Mulde zu verschiedenen Zeiten

Veränderung der Gehalte an Blei und Cadmium (Mittelwerte) im Muldelauf seit Beginn der 1990er Jahre bis heute (graue Balken) und während des Hochwassers vom Juni 2013 (blaue Balken) (Quelle: F.W. Junge 2014)

Die Untersuchungen zu den Auswirkungen des Hochwasserereignisses auf die Qualität der mobilisierten und im Muldestausee sedimentierten Hochwassersedimente sind der vorliegenden Studie zu entnehmen.


Download

Fachstudie Muldestausee II - Auswirkungen des Extremhochwassers vom Juni 2013 auf die Sedimente des Muldestausees (pdf-Datei, 16 MB)

Fachstudie Muldestausee I - Schadstoffsenke Muldestausee – Aktuelles Potenzial und jüngste Entwicklung seit 2002 (pdf-Datei, 13 MB)