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Gewässergüte-Parameter


Wassertemperatur

Die Wassertemperatur beeinflusst nahezu alle physikalischen, chemischen und biologischen Vorgänge im Gewässer. Ihre Bestimmung ist deshalb zur Interpretation der übrigen Gewässergüteparameter unerlässlich. Alle im Wasser lebenden Organismen sind an einen bestimmten Temperaturbereich angepasst und besitzen eine Vorzugstemperatur. Sie können Schwankungen und insbesondere Erwärmung nur bis zu gewissen Graden vertragen. Als Maximaltemperatur gelten z.B. 27°C für Bachforellen und 37,7°C für Karpfen.

Innerhalb des in unseren Gewässern relevanten Temperaturbereiches zwischen 0°C und 25°C bewirkt ein Anstieg der Wassertemperatur im Allgemeinen:

  • Oberhalb von 4°C eine Abnahme der Dichte und der Viskosität (erhöhte Wassertemperaturen begünstigen die Sedimentation partikulärer Substanzen)
  • Eine Erhöhung der Gasaustauschgeschwindigkeit zwischen Wasser und Atmosphäre
  • Eine Abnahme der Löslichkeit von Gasen in Wasser. Dies ist insbesondere für die Sauerstoffkonzentration von Bedeutung, gilt aber auch für Kohlenstoffdioxid, Ammoniak, Stickstoff und andere Gase.
  • Eine Zunahme des freien, fischgiftigen Ammoniaks gegenüber dem gebundenen Ammonium
  • Eine Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit chemischer Prozesse
  • Eine Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeiten aerober und anaerober biochemischer Prozesse (z.B. Kohlenstoffabbau und Nitrifikation)
  • Eine Zunahme der Aktivität und damit des Stoffumsatzes der Wasserorganismen
  • Eine Erhöhung der Wachstumsgeschwindigkeit der aquatischen Organismen.

pH-Wert

Der pH-Wert dient zur Kennzeichnung des neutralen, sauren oder basischen Verhaltens einer Lösung. In reinem Wasser oder in neutralen Lösungen ist der pH-Wert = 7. Kleinere pH-Werte kennzeichnen einen sauren und größere einen basischen Charakter wässriger Lösungen. Die Skala der pH-Werte reicht von 0 – 14.

Durch den Einfluss von Kohlensäure, Huminstoffen und Wasserzutritten aus dem Untergrund weicht der pH-Wert natürlicher Wässer vom Neutralwert 7 ab. Außerdem wird der pH-Wert durch die Temperatur und durch Salze beeinflusst. Darüber hinaus tragen Abwassereinleitungen und mikrobielle und pflanzliche Umsetzungen von Abwasserinhaltsstoffen sowie der saure Regen zur Verschiebung des pH-Wertes natürlicher Wässer bei. Der pH-Wert natürlicher Gewässer schwankt üblicherweise zwischen 6,5 und 8,5.

Bei pH-Werten unter 5,5 werden Kleinlebewesen größtenteils geschädigt oder getötet. Bei Fischen führen zu niedrige oder zu hohe pH-Werte zur Säure- bzw. zur Laugenkrankheit. Als Grenzwerte, die tödlich für alle einheimischen Fischarten sind, gelten Werte < 4 und > 10,8.

Länger anhaltende Überschreitungen der erwähnten Werte führen ebenso wie kurzzeitige starke Schwankungen zur Hemmung von Stoffwechselvorgängen, zu Artenminderung bei tierischen und pflanzlichen Organismen oder zur Minderung der Selbstreinigung.


Elektrische Leitfähigkeit

Durch die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit (= Kehrwert des elektrischen Widerstandes) bei 25°C, ausgedrückt in der Einheit Mikrosiemens pro cm (µS/cm) besteht die Möglichkeit, sehr schnell und mit geringem Aufwand eine Aussage über den Gesamtgehalt an gelösten Salzen (soweit sie als Ionen vorliegen) zu erhalten.

Die Quellen für die in Fließgewässern natürlicherweise vorhandenen Salze sowie für die anthropogene Salzbelastung sind:

  • Geogene Herkunft (Verwitterung)
  • Industrielle Einleitungen
  • Salzausscheidungen von Mensch und Tier
  • Streusalz im Winter

In erster Linie setzt sich die Salzbelastung der Fließgewässer zusammen aus:

  • Den Kationen: Natrium, Calcium, Magnesium, Kalium.
  • Den Anionen: Chlorid, Sulfat, Hydrogenkarbonat, Karbonat und Nitrat.

Sauerstoffgehalt

Die im Gewässer festgestellte Konzentration an gelöstem Sauerstoff ist jeweils das Ergebnis sauerstoffzehrender und sauerstoffliefernder Vorgänge. Die Sauerstoffkonzentration ist ein von gewässerinternen wie -externen Vorgängen sehr leicht beeinflussbarer und daher unter Umständen sehr stark schwankender Wert. Den Gleichgewichtszustand stellt die druck- und temperaturabhängige Sättigung dar,
bei einer Wassertemperatur von z.B. 10 °C entspricht ein Sauerstoffgehalt von 10,92 mg/L einer Sättigung von 100%. Durch natürliche und anthropogene Einflüsse weichen die Sauerstoffkonzentrationen der Gewässer mehr oder weniger stark von diesem Gleichgewichtszustand ab. Turbulenz bewirkt wegen des hierbei erzeugten intensiven Grenzflächenaustausches zwischen Luft und Wasser stets eine Veränderung der Sauerstoffkonzentration in Richtung auf die Sättigung.

Durch die in den Gewässern lebenden Organismen, deren Ansprüche an die Sauerstoffkonzentration sehr unterschiedlich sind, finden neben sauerstoffzehrenden Stoffwechselprozessen auch sauerstoffliefernde Vorgänge bei der Photosynthese grüner Pflanzen statt. Insbesondere durch den aeroben Abbau von Kohlenstoffverbindungen, aber auch durch Nitrifikation von Ammonium wird Sauerstoff im Gewässer verbraucht. Geringe Sauerstoffkonzentrationen weisen auf Zehrungsvorgänge durch Stoffe hin, die entweder eingeleitet wurden oder im Gewässer selbst als „Sekundärbelastung“ (absterbende Wasserpflanzen und Algen) entstanden sind. Sauerstoffübersättigungen können in Gewässern auf natürliche Weise nur durch Photosynthese auftreten. Sie sind ein Hinweis auf eine mögliche Gefährdung durch Eutrophierungsvorgänge, weil nach Übersättigungsperioden in Abhängigkeit vom Abfluss und von den meteorologischen Randbedingungen häufig Zeiten mit verminderten Sauerstoffkonzentrationen auftreten.

Zur Beurteilung der Sauerstoffverhältnisse in einem Gewässer ist ein einzelner Stichprobenwert wegen der oben genannten Wechselwirkungen unzureichend. In Gewässern beobachtet man in Abhängigkeit von der Jahreszeit und der Planktondichte mehr oder weniger starke Schwankungen des Sauerstoffgehaltes im Tag-Nacht-Rhythmus. Wesentlich für eine Gewässerbeurteilung anhand der Sauerstoffdynamik ist die Ermittlung der täglichen Extremwerte.


Trübung

Die Trübung des Wassers entsteht durch ungelöste, feindisperse Stoffe. Diese gelangen als eingeleitete oder abgeschwemmte Feststoffe in die Gewässer oder sie werden als Plankton innerhalb des Gewässers unter bestimmten Bedingungen gebildet.

Trübstoffe verändern die Lichtverhältnisse im Gewässer und haben damit einen Einfluss auf die Photosynthese und das Wachstum von Wasserpflanzen und von Plankton, besonders in sehr langsam fließenden Gewässern. Trübstoffe, besonders Plankton, können den Sauerstoffhaushalt eines Gewässers beeinflussen. Außerdem können sich Trübstoffe absetzen und den Lebensraum der Organismen am Gewässerboden beeinträchtigen.

Trübungsmessungen geben mit geringem Aufwand Hinweise auf spontane oder längerfristig eintretende Änderungen der Gewässerbeschaffenheit, sofern dabei ungelöste Stoffe eine Rolle spielen.

In erster Linie sind Erosion, Aufwirbelung, Austrag aus Kläranlagen, Regen- und Mischwasserentlastungen oder stoffliche Umsetzungen im Gewässer die Ursachen für eine Verstärkung der Trübung.


Ammonium

Ammonium ist ein Kation, alle seine Verbindungen sind gut wasserlöslich. Ammonium wird beim biochemischen Abbau von eingeleiteten stickstoffhaltigen Substanzen (z.B. Proteine, Aminosäuren, Harnstoff), aber auch von natürlich entstandener Biomasse ständig freigesetzt und ist daher in Gewässern in der Regel in geringer Menge vorhanden.

Hohe Konzentrationen von Ammonium werden durch landwirtschaftliche, häusliche, kommunale und industrielle Abwässer verursacht. Auch aus der Atmosphäre wird über die Niederschläge Ammonium in die Oberflächengewässer eingetragen.

In der Regel wird Ammonium in Gewässern durch Mikroorganismen (Nitrifikanten) über das Nitrit zu Nitrat oxidiert, was für den Sauerstoffhaushalt eine spürbare Belastung bedeuten kann.

Ammonium steht zu dem toxischen Ammoniak in einem Dissoziationsverhältnis: bei steigendem pH-Wert (> 7) und steigender Temperatur verschiebt sich das Gleichgewicht zugunsten des stark fischtoxischen Ammoniaks. Bereits bei Ammoniakkonzentrationen von 0,01 mg/L kann mit Schäden bei Fischbrut und empfindlichen Fischarten gerechnet werden, tödliche Konzentrationen liegen in der Größenordnung von 0,2 mg/L für Fischbrut und 0,6 mg/L für Forellen.

In Fließgewässern können die Schwankungen der Ammoniumkonzentration durch Stoßbelastungen aus Kläranlagen und Mischwassereinleitungen beträchtlich sein (gering = 0,1 mg/L; sehr stark = 20 mg/L).


Nitrat

Nitrat ist das Anion der Salpetersäure. Nitratverbindungen sind gut wasserlöslich. In den Fließgewässern ist Nitrat meist als natürliches Stoffwechselprodukt der Nitrifikation in mäßiger Konzentration vorhanden. Die Hauptquellen der Nitratbelastung sind im Allgemeinen die Auswaschung von Düngemitteln aus landwirtschaftlich genutzten Böden und die Kläranlagenabläufe. Auch über den Regen gelangt Nitrat in die Gewässer.

Nitrat ist neben dem Phosphor ein wichtiger Nährstoff für die Wasserpflanzen und in aller Regel so reichlich vorhanden, dass er bei der Eutrophierung der Gewässer (Algenblüten, Verkrautung) im Allgemeinen nicht als limitierender Faktor wirkt. Die Entnahmemenge des Nitrats durch die Pflanzen ist im Verhältnis zur Gesamtmenge des Wasserkörpers unerheblich. Eine signifikante Abnahme der Nitratkonzentration auf der Fließstrecke ist nur während der Vegetationszeit gegeben, woran meist Denitrifikationsprozesse auf der Sedimentoberfläche beteiligt sind. Kurzfristige Schwankungen werden von Stoßbelastungen aus Kläranlagen und durch Mischwassereinleitungen hervorgerufen. Nitrat ist selbst bei hohen Konzentrationen um 10 mg/L nicht schädlich für Wasserorganismen.


Phosphor

Phosphor ist für alle Organismen ein notwendiger Nährstoff. Er ist wesentlicher Bestandteil zellulärer Strukturen und ist für zahlreiche lebenswichtige Stoffwechselreaktionen, insbesondere für den intrazellulären Energiehaushalt, unentbehrlich. In der Natur tritt Phosphor jedoch aufgrund seiner großen Reaktionsfähigkeit niemals elementar auf. Phosphor liegt entweder in anorganischen Verbindungen oder in organischer Bindung vor. Wichtige anorganische Verbindungen sind die Phosphate sowie kondensierte Polyphosphorsäuren und Polyphosphate. Zu den organischen Verbindungen des Phosphors zählen neben den vielfältigen natürlichen auch die zahlreichen synthetisch hergestellten Phosphorverbindungen. Die einzelnen Fraktionen stehen untereinander durch chemische, physikalische und stoffwechseldynamische Prozesse kreislaufartig in Verbindung und engem Austausch.

Die gelösten Phosphorverbindungen umfassen das unmittelbar pflanzenverfügbare Orthophosphat, verschiedene Polyphosphate und lösliche, phosphorhaltige organische Verbindungen. Ungelösten Phosphor findet man vor allem in phosphathaltigem Gestein und unter aeroben Bedingungen im Sediment.

In Oberflächengewässer gelangt Phosphor über verschiedene punktförmige und diffuse, natürliche, in erster Linie aber anthropogene Quellen. Phosphor ist in Exkrementen enthalten und wird in Form anorganischer Verbindungen in Düngemitteln und in Form phosphororganischer Verbindungen in Schädlingsbekämpfungsmitteln verwendet. Häusliche, landwirtschaftliche, aber auch industrielle Abwässer sind daher Haupteintragsquellen für Phosphor. Desweiteren gelangt durch Erosion ein beträchtlicher Anteil von Phosphorverbindungen diffus mit den abgeschwemmten, teilweise überdüngten Böden in die Gewässer. Nicht zu vernachlässigen sind Phophoreinträge über die Niederschläge.

In nicht verunreinigten Gewässern ist Phosphor natürlicherweise in sehr geringen Konzentrationen vorhanden und begrenzt als Minimumfaktor das Wachstum der Pflanzen. Durch anthropogene Zufuhr wird Phosphor zum Haupt-Eutrophierungsfaktor. Folgeerscheinungen bei ausreichender Lichtzufuhr sind starke Verkrautungen durch höhere submerse und emerse Wasserpflanzen sowie Fadenalgen oder eine massenhafte Vermehrung des Phytoplanktons (Algenblüten). Das übermäßige Pflanzenwachstum zieht vor allem tagesperiodische Schwankungen des Sauerstoffgehaltes mit Übersättigungen, sowie pH-Wert-Anstiege tagsüber und deutliche Sauerstoffdefizite in den frühen Morgenstunden nach sich. Absterbende Pflanzenmassen führen zu einer Sekundärbelastung durch Schlammbildung und Sauerstoffzehrung.

Während natürliche Phosphorverbindungen nicht toxisch wirken, sind manche synthetisch hergestellten Verbindungen, die z.B. als Pflanzenschutzmittel eingesetzt werden, hochtoxisch.

In nicht verunreinigten Gewässern wird Orthophosphat nur in sehr geringen Konzentrationen zwischen 0,01 und 0,05 mg/L P vorgefunden. Andere Phosphorfraktionen dominieren. Der Gesamtphosphorgehalt beträgt jedoch häufig nur um 0,1 mg/L P. In abwasserbelasteten Gewässern nimmt der Gesamtphosphorgehalt deutlich zu, wobei Orthophosphat häufig vorherrscht. Die Konzentration kann bis auf mehrere mg/L ansteigen.

In eutrophierten Gewässern kann dagegen zur Zeit des Pflanzenwachstums der Orthophosphatgehalt deutlich vermindert sein, da der Phosphor in pflanzlicher Biomasse gebunden vorliegt. Als kritische Phosphorkonzentration für Eutrophierungsprozesse können für langsam fließende oder gestaute Gewässer Gehalte von 0,1 – 0,2 mg/L Gesamtphosphor gelten. Erhöhte Abflüsse bewirken zumeist eine Zunahme der ungelösten Phosphorverbindungen durch Bodenabschwemmung und Sedimentaufwirbelung und eine Abnahme der Orthophosphatkonzentration durch Verdünnung.

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