Hydrotoxikologie - Entwicklung einer experimentellen Methodik zur Charakterisierung und Bewertung kohäsiver schadstoffbehafteter fluvialer Sedimente

Cofalla, Catrina; Schüttrumpf, Holger (Thesis advisor); Hollert, Henner (Thesis advisor); Lehmann, Boris (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2015)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Kurzfassung

Bei Hochwasserereignissen und Unterhaltungsmaßnahmen ist mit Erosion und Resuspension abgelagerter Sedimente im Gewässer und auf Vorländern zu rechnen. Weisen diese in die Was-sersäule transportierten Sedimente eine Schadstoffbelastung auf, kann es zu einer signifikanten Schädigung der aquatischen Umwelt kommen. Hier ist die Erosion und die Resuspension von kohäsiven Sedimenten zu nennen, da sie die Eigenschaft besitzen können Schadstoffe zu binden. Dabei entscheidet besonders die Sedimentzusammensetzung welche Schadstoffklasse (z. B. Schwermetalle, organische Schadstoffe) hauptsächlich gebunden wird. Bei der Beschreibung und Bewertung von Gewässerabschnitten mit den genannten Eigenschaften (nachfolgend: Betrachtungsraum) werden Aspekte der Hydrodynamik, Rheologie und Ökotoxikologie berücksichtigt, die den beiden Fachgebieten Ingenieurwissenschaften (Wasserbau und Wasserwirtschaft) und Biologie (Ökotoxikologie) zugeordnet sind. Es wird deutlich, dass es sich um eine interdisziplinäre Fragestellung handelt, die mit herkömmlichen Methoden nicht beantwortet werden kann. Daher wird in dieser Arbeit die interdisziplinäre Methodik der Hydrotoxikologie vorgestellt, die durch die experimentelle Verknüpfung der Fachgebiete etablierte Methoden anpasst und neu zusammenfügt, um eine ganzheitliche Betrachtungsweise zu ermöglichen.Bioverfügbarkeit und Biozugänglichkeit der Schadstoffe durch aquatische Organismen (z. B. Fische) hängen von einer Vielzahl unterschiedlicher Parameter ab. Deren Relevanz sowie resultierende Prozesse und Wechselwirkungen sind derzeit nicht vollständig bekannt und verstanden, so dass eine analytische Beschreibung nicht möglich ist. Beteiligte Parameter sind beispielsweise der Sedimenttyp, die Schadstoffkonzentration, das aquatische Ökosystem und die variablen Umweltbedingungen. Um die Relevanz der beteiligten Parameter zu identifizieren, ist es unabdingbar, einen abgegrenzten Betrachtungsraum zu definieren und zu untersuchen. Die identifizierten Parameter werden zur allgemeinen Vergleichbarkeit festen Parametergruppen zugeteilt. Die fünf definierten Parametergruppen lauten: Sedimenttypen, Organismen, Hydrodynamik, Schadstoffgruppen und Umweltbedingungen.Die hydrotoxikologische Methodik beginnt mit einer theoretischen Beschreibung des ausgesuchten Betrachtungsraums, um die beteiligten Parameter für eine anschließende Bewertung zu definieren. Für eine Identifikation der Prozesse und Wechselwirkungen während der Erosion/Resuspension ist eine experimentelle Realisierung notwendig. Die Hydrotoxikologie konzentriert sich dabei auf die Berücksichtigung der relevanten Parameter sowie deren messtechnische Erfassung zur anschließenden quantitativen Beschreibung der resultierenden Prozesse und Wechselwirkungen im Betrachtungsraum. Die Umsetzung erfolgt dabei in einem Kreisgerinne, das einen speziellen Versuchsstand zur Untersuchung kohäsiver Sedimente darstellt und hier mit einer messtechnischen Anpassung an die hydrotoxikologischen Randbedingungen betrieben wurde. Dazu gehört unter anderem die permanente Luftzufuhr für exponierte aquatische Organismen, eine Anlage zur pH-Wert-Regulierung sowie eine Messzelle zur Erfassung aquatischer Umweltbedingungen.Um die Relevanz der Parameter sowie die damit verbundenen Prozesse und Wechselwirkungen bewerten zu können, muss eine Auswertung der erfassten Daten unter monodisziplinären (aufgeteilt nach den beiden Fachgebieten) und interdisziplinären (Kopplung der Fachgebiete) erfolgen. Die Umsetzung der Hydrotoxikologie zeigte mit der Durchführung erfolgreicher Experimente, dass eine Charakterisierung und Bewertung kohäsiver, schadstoffbelasteter und fluvialer Sedimente möglich ist.

Einrichtungen

• Lehrstuhl und Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft [314410]