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Institut für Umweltwissenschaften, Universität Koblenz-Landau, Campus Landau
HYDROSPHÄRE – FLIESSGEWÄSSERII. MASSNAHMEN + ERFOLGE
Lehrveranstaltung Wintersemester 2011
Referentin: Mäggi Hieber
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NUTZUNGEN UND BELASTUNGEN
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ANTHROPOGENE BELASTUNGEN
Stoffliche Belastungen
● Wasserentnahme● Abflussregulierung● Morphologische
Veränderungen
Thermische Belastungen
● Wassereinleitung
Folgen
Massnahmen
● Nährstoffe● Pflanzenschutzmittel● BSB, CSB● Prioritäre Stoffe
z.B. Arzneimittel, Schwermetalle
Hydromorphologische Belastungen
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GLIEDERUNG STOFFLICHE BELASTUNG
Hydromorphologische Belastungen + Folgen
Thermische Belastungen + Folgen
Massnahmen und Erfolge Massnahmen: Hydromorphologische + Thermische
Belastungen Bsp. Rhein
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HYDROMORPHOLOGISCHE BELASTUNGEN
WASSERENTNAHMEABFLUSSREGULIERUNG +
MORPHOLOGISCHE VERÄNDERUNG
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HYDROMORPHOLOGIE
Hydromorphology: The physical characteristics of the shape, the boundaries and the content of a water body.
2000/60/EG
Hydromorphologische Komponenten: Wasserhaushalt
Abfluss und Abflussdynamik, Verbindung zu Grundwasserkörpern;
Durchgängigkeit des Flusses (Feststoff-transport)
Morphologische Bedingungen (Gewässer-struktur) Tiefen- und Breitenvariation, Struktur und Substrat des Flussbetts, Struktur der Uferzone.
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7
BELASTUNGSSCHEMA
Umweltbundesamt Texte 02/04
Wasser-haushalt
Gewässer-struktur
+Durch-
gängigkeit
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WASSERENTNAHME
Industrielle Nutzung Konsum
EnergieerzeugungLandwirtschaftliche Bewässerung
WASSER
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WASSERENTNAHME: BEISPIEL RHEIN
Bodensee-Rhein AWBR173 Mio m³/a └ 135 Mio m³/a Ba-Wü └ 120 Mio m³/a Neckar-Raum
Lek, Deltarhein NL RIWA160 Mio m³/a
Trinkwasserversorgung im Rheineinzugsgebiet
Internationale Arbeitsgemeinschaft der Wasser-werke im Rheineinzugsgebiet IAWR
Sechs Anrainerstaaten A, CH, FL, F, D, NL
Dachorganisation der AWBR, ARW+ RIWA
Rd 120 Wasserwerke für 30 Mio. Menschen
www.iawr.org
Rheinwasserwerke ARW ? Mio m³/a
Jahresabfluss71,6 Mrd. m³/a39,8 Mrd. m³/a10,6 Mrd. m³/a
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WASSERENTNAHME: BEISPIEL RUHR
Ruhr
271 km Länge
4'500 km² Nieder-schlagseinzugsgebiet
mittlere Wasser-führung bei Ein-mündung in den Rhein: rd. 80 m3/s (2500 m³/a)
in Trockenzeiten: bis 3,5 m³/s (110 m³/a)
Trinkwasserver-sorgung von über 5 Mio. Menschen
www.ruhrverband.de
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WASSERENTNAHME: BEISPIEL RUHR
www.ruhrverband.de
1913: Gründung des Ruhrverbandes1913: Gründung des Ruhrverbandes
87 Wasserwerke87 Wasserwerke
Entnahme von rd. 275 Mio. m³/a WasserEntnahme von rd. 275 Mio. m³/a WasserRück-Einleitung von 56 Mio m³/a AbwasserRück-Einleitung von 56 Mio m³/a Abwasser
⇒⇒ Wassermangel, Austrocknung des FlussbettesWassermangel, Austrocknung des Flussbettes
⇒⇒ Bau von insg. 8 Talsperren und 5 StauseenBau von insg. 8 Talsperren und 5 Stauseen
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WASSERENTNAHME
Wasserentnahme in Deutschland (Mrd. m³)
Nutzen:430 m³/Jahr*Person1'179 l/Tag*Person
Verfügbarkeit:2'2786'214
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WASSERENTNAHME GLOBAL
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ABFLUSSREGULIERUNG +MORPHOLOGISCHE VERÄNDERUNG
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15 www.lpb.bwue.de
DER RHEIN UM 1800zwischen Basel und Mainz
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RHEINKORREKTUR
Begradigung des Oberrheins durch Ingenieur Tulla ab 1817
"... der schreckliche Feind, der nicht nachlässt zu toben, bis er nicht Land und Leute verdorben hat."
Chronist des 19. Jhdt.
"... in kultivierten Ländern die Bäche, Flüsse und Ströme Kanäle sein und die Leitung der Gewässer in der Gewalt der Bewohner stehen.“
Tulla 1812
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RHEINKORREKTUR: OBERRHEIN
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Rheinkorrektur (nach Tulla, ab 1818)Hochwasserschutz Landgewinnung für Landwirtschaft + SiedlungenKrankheitsbekämpfungSchifffahrt
Rheinregulierung: Rheinseitenkanal mit Staustufen (Grand Canal d'Alsace, ab 1929)WasserkraftnutzungBekämpfung der Tiefenerosion
Schlingenlösung mit Staustufen (1961-1970)WasserkraftnutzungGrundwasserstabilisierung
Bau von Staustufen im Rhein WasserkraftnutzungBekämpfung der Sohlenerosion
RHEINKORREKTUR: PHASEN + ZIELE
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RHEINKORREKTURFOLGEN: TIEFENEROSION
IKSR 1994
Veränderung der Rheinsohle nach der Korrektur
Folgen:
Tiefenerosion
Rheinseitenkanal + Staustufe zur Reduzierung der Fliess-geschwindigkeit
ab 1978 Geschiebezugabe
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BegradigungVerkürzung des Flusslaufs: Oberrhein um 80 km!
Erhöhung der Fließgeschwindigkeit
Höhere Transportkraft
Verstärkte Sohlenerosion: ~ 7 cm/Jahr, heute 7 m tiefer!
Absenkung des Grundwasserspiegels (ab 1850)
Austrocknung (Versteppung) der südlichen Oberrhein-Ebene
Veränderung der Vegetation
RHEINKORREKTUR FOLGEN
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RHEINKORREKTURFOLGEN: GRUNDWASSERSTÄNDE
Bürgerinitiative Grundwasser Kaarst e.V.
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RHEINKORREKTUR: AUEN
BMU 2009
Die morphologische Aue
der flussbegleitende Bereich, der natürlicher-weise von mehr oder weniger regelmäßig wiederkehrenden Überflutungen geprägt wurde und heute von einem Hochwasser theoretisch erreichbar wäre, wenn keine Maß-nahmen zum Hochwasserschutz, wie z. B. Deiche, existieren würden.
Rezente Aue: noch überflutbare Bereiche (Deichvorland)
Altaue: vom Überflutungsregime abgetrennte Areale (Deichhinterland)
Rhein-dürkheim
Kühkopf-Knoblochsaue
Worms
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23 BMU 2009
FOLGEN: VERLUST VON ÜBER-SCHWEMMUNGSFLÄCHEN
Aktuell können noch rund ⅓ der ehemaligen Überschwemmungs-flächen von Flüssen bei großen Hochwasser-ereignissen überflutet werden.
An Rhein, Elbe, Donau und Oder sind nur noch 10-20 % der ehemaligen Auen vorhanden.
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FOLGEN: AUENZUSTAND
BMU 2009Oberrhein, KarlsruheOberrhein, Karlsruhe
Ballungsgebiet Rhein-NeckarBallungsgebiet Rhein-Neckar
Auenzustand
Auenzustand
Auenverlust
Auenverlust
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FOLGEN: ABLUSSGANGLINIE
IKSR 1994
Abflussganglinie des Rheinhochwassers Mrz/Apr 1988
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BegradigungVerkürzung des Flusslaufs: Oberhein um 80 km!
Zerstörung des Auenwaldes + Habitatverlust
Wegfall natürlicher Retentionsflächen
Verschärfung des Hochwasserabflusses: BS→MA 80 statt
früher 110 h!
RHEINKORREKTUR: FOLGEN
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QUERBAU-WERKE
Querbauwerke:Wehre, Talsperren, Regelungsbauwerke, Hochwasserrückhaltebecken,Wasserkraftanlagen, Sohlbauwerke
MUNLV 2005
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FOLGEN: STAUSTUFEN WASSERKRAFTBSP. MOSEL
1951 Staustufe Koblenz
1964 Eröffnung Gross-schifffahrt auf der Mosel
1974 12,2 Mio. t Güter-verkehr / Jahr
161 m Höhenunterschied
28 Staustufen (F, L, D)
IKSR 1994Staustufe Koblenz
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FOLGEN: STAUSTUFENNIEDERGANG DER LACHSPOPULATION
www.lachsverein.de
1885 Rhein wichtigster Lachsfluss Europas (250.000 Lachse/a)
1887 Erster Besatz mit Lachssetzlingen in die Ruhr
1917 Festlegung von Winterschonzeiten zum Schutz des Lachses
1950 Keine Lachsfänge mehr im gesamten Rheinsystem
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FOLGEN: STAUSTUFENNIEDERGANG DER LACHSPOPULATION
Reduzierung und Vernichtung der Laichgebiete
gestörte Durchgängigkeit, Unterbrechung der Wanderwege
Vernichtung abwandernder Junglachse durch Turbinen
Überfischung durch veränderte Fangtechniken
Wasserverschmutzung durch industrielle + kommunale Abwässer
Der Salm
Ein Rheinsalm schwamm den Rheinbis in die Schweiz hinein.
Und sprang den Oberlaufvon Fall zu Fall hinauf.
Er war schon weißgottwo,doch eines Tages - oh! -
da kam er an ein Wehr:das maß zwölf Fuß und mehr!
Zehn Fuß - die sprang er gut!Doch hier zerbrach sein Mut.
Drei Wochen stand der Salmam Fuß der Wasser-Alm.
Und kehrte schließlich stummnach Deutsch- und Holland um.
Christian Morgenstern
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FOLGEN: GEWÄSSERSTRUKTURGÜTE
2001
www.umweltbundesamt.de
Zustandserhebung / -bewertung für 6 Hauptparameter:
Laufentwicklung
Längsprofil
Querprofil
Sohlenstruktur
Uferstruktur
Gewässerumfeld
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FOLGEN: GEWÄSSERSTRUKTURGÜTE
2001
Hydrologischer Atlas 2004 www.umweltbundesamt.de
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THERMISCHE BELASTUNGEN
KÜHLWASSEREINLEITUNG
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THERMISCHE BELASTUNG: FOLGEN
BUND 2009
Wasser“verbrauch“ von Kraftwerken
Typ Durchlauf-kühlung
Kühlturm Bsp. MW
Konventionelles Kohlekraftwerk:
1,2 l/kWh 2,6 l/kWh 1130 Steinkohlekraftwerk
Heilbronn
Öl- und Erdgaskraftwerk:
1,1 l/kWh 2,6 l/kWh 440Edgaskraftwerk BASF
Atomkraftwerk (Leichtwasserreaktor):
3,2 l/kWh 1392KKW Philippsburg 2
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35
THERMISCHE BELASTUNG: FOLGENBSP. MAIN
BUND 2009
Einleiter Abwärme (MW)
AKW Grafenrheinfeld ca. 200
E.ON – KW Staudinger 264
Industriepark Fechenheim 12
Industriepark Offenbach 5
EVO – Kraftwerk Offenbach 24
Mainova – Heizkraftwerk West 114
Mainova – Heizkraftwerk Niederrad 28
Industriepark Griesheim 8
Industriepark Höchst 73
Adam Opel AG (Rüsselsheim) 20
SCA Hygiene Products GmbH Wiesbaden
4
Summe (2003) 752
Wassertemperaturen (°C, Tagesmittel) im Längsverlauf des Mains, 13.8.2003
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36
THERMISCHE BELASTUNG
Reinartz 2007
Ablaich- / embryonale Entwicklungstemperaturen(Optimal- und Extremwerte)
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37
THERMISCHE BELASTUNG: FOLGEN
Nachweiszahlen Lachs + Meerforelle, Staustufe Iffezheim
BUND 2009
ab 23°C Abnahme der Wanderaktivitätenab 24–25°C vorübergehender Stopp der Wanderaktivitäten
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38
MASSNAHMEN + ERFOLGE
HYDROMORPHOLOGISCHE + THERMISCHE
BELASTUNGEN
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39
MASSNAHMEN: MORPHOLOGISCHE VERÄNDERUNGEN
Wiederherstellung der Durchgängigkeit Fischaufstiegs- und -abstiegsanlagen
Rückbau von Querbauwerken
Fischschutz Barrieren
Fischschonende Wasserkraftmaschinen
Renaturierung, Gewässerrückbau, Auenreaktivierung
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40
MASSNAHMEN: KÜHLWASSER-ENTNAHME + -EINLEITUNG
Wärmelastplan Tideelbe 2008
Abwärmeeintrag in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration im Gewässer
Sauerstoffkonzentration im Gewässer < 6 mg O2/l
lineare Drosselung Abwärmeeintrag
Sauerstoffkonzentration im Gewässer < 3 mg O2/l K
Kühlwassereinleitung unzulässig!
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MASSNAHMEN: KÜHLWASSER-ENTNAHME + -EINLEITUNG
WÄRMELASTPLANImmissionsansatz (nur für Großemittenten > 250 MW bzw. >125 MW)
Maximal zulässige Gewässertemperatur nach Einleitung: 28,0 °CMaximal zulässige Aufwärmspanne ∆T im Gewässer: 3,0 KMindestsauerstoffkonzentration im Gewässer: 3,0 mg O
2/l
Zielwert der Sauerstoffkonzentration im Gewässer: 6,0 mg O2/l
EmissionsansatzKühlwassertemperatur maximal: 30,0 °CAufwärmspanne ∆T des Kühlwassers maximal: Sommer 6,0 Winter 7,5 KSauerstoff im eingeleiteten Kühlwasser: 6,0 mg O
2/l bzw. 80,0 %
KÜHLWASSERMENGENPLANBegrenzung der nutzbaren Entnahme von Kühlwasser für Großent-nehmer (≥ 5m3/s) in Abhängigkeit vom aktuell zur Verfügung stehenden Abfluss bzw. Oberwasserdargebot.
Bsp. KKW Phillipsburg (926 / 1468 MW)
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42
EU WASSERRAHMENRICHTLINIEWASSER KENNT KEINE GRENZEN!
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43
EUROPÄISCHE WASSERRAHMEN-RICHTLINIE 2000/60/EG (EG-WRRL)
Schaffung eines Rahmens für den Schutz:- der Binnenoberflächengewässer- des Grundwassers- der Übergangsgewässer und- der Küstengewässer.
Ziel ist es, bis 2015 einen guten ökologischen und chemischen Zustand aller Gewässer in der Gemeinschaft zu erreichen.
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44
EG-WRRL: ART. 1 ZIELE
Vermeidung einer weiteren Verschlechterung sowie Verbesserung des Zustands der aquatischen Ökosysteme,
Förderung einer nachhaltigen Wassernutzung auf Grund-lage eines langfristigen Schutzes der Ressourcen,
Anstrebens eines stärkeren Schutzes und einer Verbesserung der aquatischen Umwelt,
Sicherstellung einer schrittweisen Reduzierung der Verschmutzung
Beitrag zur Minderung der Auswirkungen von Überschwemmungen und Dürren.
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45
[ Gewässer bilden mit ihrem Einzugsgebiet eine Einheit.
Umsetzung der WRRL durch Kommissionen mit Vertretern der am Flussgebiet beteiligten Staaten/Regionen,z. B. "Internationale Kommission zum Schutze des Rheins (IKSR)“
EG-WRRL: FOKUS AUF FLUSSEINZUGSGEBIETE
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46
[ Grundwasser, Oberflächenwasser, Auen und Küsten-gewässer stehen in Wechselwirkung miteinander.
[ ökologische Funktion der Gewässer als Lebensraum für unterschiedliche Pflanzen und Tiere.
EG-WRRL: ÖKOLOGISCHE FUNKTION DER GEWÄSSER
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47
EG-WRRL: ZEITPLAN
Erlass der Rechts- und Verwaltungsvorschriften der Mitgliedsstaaten
Dez '2003
Dez '2004
Dez '2006
Dez '2009
Dez '2012Dez '2015
Bestandes-aufnahmen
Monitoring-Programme zur Überwachung der Gewässerqualität
Erstellung von Massnahmenprogrammen
Umsetzung der Massnahmenprogramme Verwirklichung
des „guten Zustandes“
Maximale Verlängerung zur Verwirklichung des „guten Zustandes“ um 2mal 6 Jahre bis höchstens 2027.
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48
EG-WRRL: STELLT QUALITÄTSZIELE AUF
] Festlegung spezifischer hydromorphologischer, physika-lisch-chemischer und biologischer Referenzbedingungen (= sehr guter ökologischer Zustand) für jeden Gewässertyp.
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49
EG-WRRL: QUALITÄTSKOMPONENTEN
Qualitätskomponente Fiess-gewässer
Seen Übergangs-gewässer
Küsten-gewässer
Biologische Qualitätskomponente
Phytoplankton X X X X
Makrophyten / Phytobenthos X X X X
Makroinvertebraten X X X X
Fische X X X
Hydromorphologische Qualitätskomponente
Durchgängigkeit X
Wasserhaushalt X X
Morphologie X X X X
Tideregime X X
Chemisch-physikalische Qualitätskomponente
Allg. chem.-phys. Parameter X X X X
Spezifische Schadstoffe X X X X
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50
Gesamtbewertung derOberflächengewässer (Fliessgewässer) gemäss EG-WRRL in Hinsicht auf Ziel-erreichung
EG-WRRL: BESTANDESAUFNAHME RLP
Gewässer in Rheinland-Pfalz. Die Bestandesaufnahme nach der Europä-ischen Wasserrahmenrichtlinie. 2005
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51
EG-WRRL: NENNT METHODEN, UM EINE GUTE WASSERQUALITÄT ZU ERHALTEN.
(...)
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52
EG-WRRL: MASSNAHMENPROGRAMM RLP
SGD Süd. Informationsveranstaltung WRRL 2009.
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53
MASSNAHMENPROGRAMM „AKTION BLAU“
Hauptziele
Wiederherstellung der ökologischen Funktionsfähigkeit der Gewässer
Nachhaltige Hochwasservorsorge durch natürlichen Hochwasserrückhalt
Integration anderer Belange des All-gemeinwohls
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54
ERFOLGE
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55
ERFOLGE: BEISPIEL RHEIN
Einzugsgebiet in 9 Ländern
1950: Internationale Kommission zum Schutze des Rheins IKSR (CH, F, D, NL, L, EU + FL, A, BE, I)
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56
ERFOLGE: BEISPIEL RHEIN
1986: Brandkatastrophe Sandoz, Schweizerhalle, Basel. Ca. 20 Tonnen hochgiftige Pestizide fliessen in den Rhein, → verheerendes Fisch- und Kleintiersterben.
1987 IKSR Aktionsprogramm Rhein: „... besondere Aufmerksamkeit muss dem gesamten Bereich des Umgangs mit gefährlichen Stoffen gewidmet werden.“
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57
ERFOLGE: BEISPIEL RHEIN
1986
2000
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20081969
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58
ERFOLGE: BEISPIEL RHEIN
1985 1990 1995 20000
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
0
100
200
300
400
500
600Jahresfrachten (t) des Rheins
Ammonium-NPhosphorAOXZinkBleiChromCadmiumQuecksilberJahre
Bel
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(N, P
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59
ERFOLGE: BEISPIEL RHEIN
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60
ERFOLGE: BEISPIEL RHEIN
Entwicklung der Lebensgemeinschaft und des mittleren Sauerstoffgehaltes im Rhein
n Egel n Strudelwürmer n Süßwasserschwämme– Sauerstoffgehalt
www.iksr.org
n Moostieren Insektenn Weichtiere n Krebse
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61
ERFOLGE: RÜCKKEHR LACHSRHEINLAND-PFALZ
www.lachsverein.de
Wieslauter: Projektstart mit Lachsbe-satz 2004; Projektnachbar: Frankreich (Region Elsass).
Nette (Rheinsystem) kein Besatz; Na-turvermehrung seit 2000 durch Streuner.
Moselsystem: Prüm: Lachsbesatz in der Prüm, Nims, Enz; Projektstart1996; Kyll: Projektstart 1998, Gewässer mit Lachsbesatz; Elzbach: Projektstart: 2005; Lachsbesatz. Wegen Wanderhin-dernissen in der Mosel sind keine Rück-kehrer zu erwarten. Diese werden an der Kontrollstation Koblenz erfasst.
Saynbachsystem: Projektstart 1994Lachsbesatz: Saynbach, Brexbach; natürliche Vermehrung seit 1999/2000; Sehr wahrscheinlich bereits natürlich aufgekommene Rückkehrer. Durchgän-gigkeit seit 2008 wieder hergestellt.
Lahnsystem: Besatz seit 1994; Lachs-besatz: Mühlbach; Staustufe Lahnstein ist unpassierbar. Weil und Dill: siehe Projekt Hessen
Nahe: Eine Besatzmaßnahme in 2004.
Rückkehrer (Stand 2008) in Rheinland-Pfalz: 518 adulte Lachse; Naturvermeh-rung: Kontrollen in einigen Gewässersyste-men des Nieder- und Mittelrheins (Sieg, Saynbach, ggf. Ahr) lassen vermuten, dass 5 bis 20% der Rückkehrer (2007/2008) von im Freiland geborenen Wildlingen abstam-men. 2007 wurden ca. 100 Laichgruben dokumentiert. 2008: bisher umfangreichste Naturvermehrung. In Saynbach, Nister und Sieg waren rund 80% der erreichbaren Rauschen von Wildlingen besiedelt.
Ahrsystem: weiträumig wiederherge-stellte Durchgängigkeit. Besatz seit 1995; natürliche Fortpflanzung seit 1999/2000.
Siegsystem – größtes Pilotgewässer: Projektstart 1994; Lachsbesatz: Sieg, Nister, Kleine Nister, Wisserbach, Elb-bach, Holperbach, Heller, Daade, As-dorf; natürliche Vermehrung seit 1998 /1999. Projektnachbar: NRW (Unterlauf /Oberlauf der Sieg, Oberläufe von Wisserbach, Heller, Asdorf). Lachsbesatz: oberes und unteres Siegeinzugsgebiet; Heller.