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Teilaufgaben:
IV-1 Konfliktanalyse und Ableitung von Handlungsoptionen
Verantwortlich: Dr. Horst Behrendt (IGB) und Prof. Dr. Volkmar
Hartje (TUB)
Ausgehend von einer Konfliktanalyse zum Oberflächenwassergütemanagement
im Elbegebiet, in der auch die derzeitigen rechtlichen Rahmenbedingungen
berücksich-tigt werden, und der Identifizierung von Handlungsfeldern,
-optionen und –strategien in Zusammenarbeit mit betroffenen Stakeholdern
insbesondere aus der Länder Arbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) sowie
der Internationalen Kommission zum Schutz der Elbe (IKSE) werden relevante
Handlungsoptionen zur Minderung/Lösung von O-berflächenwassergüteproblemen
erarbeitet. Nach Abschluss der Untersuchungen verschiedener Szenarien
des globalen Wandels werden die Ergebnisse für die Kommunikation
aufbereitet, mit den entsprechenden Stakeholdern diskutiert und einer
Überprüfung hinsichtlich der Vereinbarkeit mit den rechtlichen
Rahmenbedingungen unterzogen. Im Rahmen dieser Teilaufgabe wird die Anwendung
des „Integrativen Methodischen Ansatzes“ im Vorhaben IV koordiniert.
IV-2 Veränderungen der Nährstoffeintragspotenziale
im Elbegebiet
Verantwortlich: Dr. Horst Behrendt (IGB)
In GLOWA-Elbe II soll sowohl für das Vorhaben III (Wasserverfügbarkeit)
als auch das Vorhaben IV das Modell SWIM zur Berechnung der gegenwärtigen
und künftigen gesamten Abflüsse und deren Komponenten in den
Teilgebieten der Elbe eingesetzt werden. Darüber hinaus werden sowohl
im Modell ArcGRM Elbe als auch in MONERIS ähnliche Anforderungen
an die Eingangsdaten insbesondere zur Entwässerung von urbanen Flächen,
der industriellen Direkteinleiter und der kommunalen Kläranlagen
gestellt. Da damit Abweichungen zu den bisherigen Modellergebnissen zu
erwarten sind, muss eine Feinabstimmung der Module von MONERIS und eine
Harmonisierung der Datenbasis für den ISTzustand durchgeführt
werden.
Im Rahmen von GLOWA-Elbe I wurde in Zusammenarbeit mit tschechischen Kollegen
das Nährstoffeintragsmodell MONERIS für eine flussgebietsdifferenzierte
Analyse der diffusen Eintragspfade im tschechischen Teil der Elbe erweitert.
Punktuelle Eintragsquellen konnten dagegen lediglich durch eine bevölkerungsgewichtete
Verteilung der publizierten Gesamtsummen auf die einzelnen Flussgebiete
berücksichtigt werden. Auch konnte eine Überprüfung der
Modellergebnisse mit gemessenen Frachten bisher nur für den Grenzpegel
Schmilka durchgeführt werden.
Eine Erweiterung bisheriger Modelle zur expliziten Berücksichtigung
der Retentionswirkung von Feuchtgebieten bei der Minderung von Nährstoffeinträgen
in die Gewässer ist vorgesehen. Das Retentionspotenzial der Feuchtgebiete
kann durch eine ziel-gerichtete Bewirtschaftung deutlich erhöht werden.
Dabei steht es im engen Zusammenhang mit der Wasserverfügbarkeit
in den Teileinzugsgebieten der Elbe (VH III), den in die Gebiete eingetragenen
Nährstofffrachten (VH II) und den ökonomischen Rahmenbedingungen
für die Landwirtschaft (VH II). Die Ergebnisse bilden die Voraussetzung
für die Kostenanalysen in Teilaufgabe IV-6.
Basierend auf dieser Harmonisierung und notwendigen Erweiterung werden
mit dem Modell MONERIS auf der Grundlage der im Vorhaben II ermittelten
möglichen Veränderungen bezüglich Klima, Abfluss und der
Emissionen einzelner Wirtschaftszweige die Szenarioberechnungen für
verschiedene mögliche Zustände und Maßnahmen durchgeführt
und deren Ergebnisse für die weitergehende sozioökonomische
Analyse bereitgestellt.
IV-3 Veränderungen von Stoffumsetzungspotenzialen
und ökologischen Zuständen in den Oberflächengewässern
infolge von Klimaveränderungen
Verantwortlich: Dr. Rainer Brüggemann (IGB)
Neben den infolge des globalen Wandels zu erwartenden Veränderungen
der Stoff-eintragssituationen in den Teilgebieten muss man davon ausgehen,
dass sich auch die Stoffumsetzungs- und –rückhalteprozesse
in den Gewässern selbst und damit auch die Zusammenhänge zwischen
der Eintragssituation, den im Gewässer zu er-wartenden Stoffkonzentrationen
und deren Wirkung auf die wesentlichen ökologischen Zustandskomponenten
(Makrozoobenthos, Phytoplankton und Fische) insbe-sondere infolge des
Klimawandels verändern.
Mit den Arbeitspaketen dieser Teilaufgabe sollen für die Auswirkungen
der veränder-ten Abfluss- und Temperaturbedingungen insbesondere
auf das Stoffrückhaltevermögen und den ökologischen Zustand
der verschiedenen Gewässertypen beispielhaft quantifiziert und deren
Ergebnisse über eine Verallgemeinerung in Form von Transfer-funktionen
für eine Übertragung auf das Gesamtgebiet genutzt werden. Werkzeuge
sind die Ökosystemmodelle QSIM (Hauptstrom) und EMMO2 (Seen und Talsperren),
die Retentionsmodule von MONERIS (Nebenflüsse) sowie vergleichende
Analysen hinsichtlich des ökologischen Zustandes von verschiedenen
Flusssystemen in Euro-pa. Die auf der Basis der Anwendungen der dynamischen
Modelle ermittelten neuen Rückhaltfunktionen insbesondere für
die Standgewässer werden in das Modell MONERIS integriert.
IV-4 Quantifizierung von Schadstoffeinträgen
(Bisphenol A) in die Gewässer und deren Wirkungen im Gewässer
Verantwortlich: Prof. Dr. W.Kloas (IGB)
Neben den Nährstoffen werden in das Flusssystem der Elbe tausende
andere Last- und Schadstoffe eingeleitet, transportiert und mehr oder
weniger umgesetzt. Für die meisten dieser Stoffe fehlt eine pfadbezogene
Analyse der Herkunft, des Zusammenhanges zwischen Belastung und ökologischer
Wirkung und Abschätzung der möglichen Veränderungen infolge
von Klimaänderungen und künftigen Entwicklungen der Wirtschaft
und Gesellschaft. Insbesondere die Wirkungen der Einzelstoffe auf die
Lebensgemeinschaften der Gewässer sind dabei oft nur sehr schwer
zu identifizieren und damit auch zu bewerten.
Seit den Untersuchungen von Dodds und Lawson in den dreißiger Jahren
ist bekannt, dass einzelne Industriechemikalien auf das Hormonsystem wirken
und endokrine Ef-fekte auf die Reproduktionsbiologie haben können.
Heute sind mehrere hundert Chemikalien mit estrogener Aktivität bekannt,
bei den meisten handelt es sich um phenolische bzw. aromatische Verbindungen.
Hierzu gehört auch Bisphenol A (BPA), das mengenmäßig
eines der bedeutendsten Xeno-Estrogene ist. BPA bewirkt bei Säuge-tieren
zahlreiche Verweiblichungsphänomenen, wobei die estrogenen Effekte
bei a-quatischen Spezies wie Schnecken, Fischen und Amphibien gerade bei
niedrigen Konzentrationen wesentlich stärker ausfallen, was belegt,
dass gerade in den Oberflächengewässern als Senke für BPA,
dessen ökotoxikologisches Potential am bedeu-tendsten ist. Trotz
zahlreicher ökotoxikologischer Untersuchungen zu den biologischen
Wirkungen von BPA gibt es nur wenige Arbeiten zu den Stoffströmen
dieser Substanz, die nur die Gesamtbilanzen von BPA erfassen (Leisewitz
& Schwarz, 1997). Dies ist um so wichtiger, da BPA die weltweit am
meisten produzierte estrogen wirksame Umweltchemikalie ist (Produktion
in Deutschland: 210.000 t/a), so dass hier eine detaillierte Erfassung
und Modellierung der Stoffströme von BPA besonders wichtig und notwendig
ist. Zumal eine gesetzliche Reglementierung wie für Alkylphenole
nicht in Sicht ist, so dass mit BPA in weiterer Zukunft als der wichtigsten
estrogenen Umweltchemikalie im Oberflächengewässer zu rechnen
ist. Die quantitativen Eckdaten für Deutschland belegen für
das Jahr 1995 für Produktion: 210.000 t, Verarbeitung: 190.000 t,
Endprodukte: 120.000 t, identifizierbare Emissionen: 17 t und Entsorgungswege
bei Deponien: 67.400 t und bei Verbrennung: 46.900 t (Leisewitz &
Schwarz, 1997). Gerade die nicht identifizierbaren Emissionen von BPA
über Depo-nien und Verbrennung, sowie über kontinuierliche Freisetzung
aus Endprodukten lassen erwarten, dass Einträge von BPA in die Oberflächengewässer
nicht nur über Punktquellen sondern im erheblichen Maße auch
über diffuse Quellen erfolgen können. BPA kommt zu 70% in Polycarbonaten
und zu knapp 30% in Epoxidharzen zur Anwendung. Hierbei ist BPA zwar chemisch
fest gebunden, wird aber dennoch kontinuierlich an die Umgebung abgegeben.
Nach der geplanten Regulierung der estrogenen Alkylphenole wird BPA die
weltweit bedeutendste estrogene Umweltchemikalie sein, deren Stoffströme
detailliert zu erfassen und zu modellieren sind. Eine solche Modellierung
muss aufgrund der ebenfalls stattfindenden Degradationsprozesse von BPA
im Kontext mit Bioassays und chemischer Analytik zur Demonstration seiner
estrogenen Wirkungen bzw. der Detektion der tatsächlich vorhandenen
Konzentratio-nen erfolgen.
Am Beispiel der endokrin wirkenden Substanz Bisphenol A soll der Versuch
unter-nommen werden, den Zusammenhang zwischen der Eintragssituation,
den daraus resultierenden Konzentrationen in den verschiedenen Gewässerabschnitten
und den Wirkungen auf die Fische und Amphibien quantitativ abzuschätzen
und auf dieser Ba-sis Szenarioberechnungen zu künftigen Veränderungen
durchzuführen. Da das Modell MONERIS bereits für eine Analyse
der Eintragssituation von anderen als Nähr-stoffen eingesetzt werden
konnte (Fuchs et al., 2002, Gandrass et al. 2001), soll der Versuch unternommen
werden, die Eingangsdatenbasis und Module des Modells auch für eine
Analyse der Eintragssituation von Bisphenol A anzuwenden bzw. zu verändern.
IV-5 Simulation der Auswirkungen von Veränderungen
infolge des globalen Wandels und von Maßnahmen zur Eintragsveränderung
auf den ökologischen Zustand des Elbestromes
Verantwortlich: Andreas Schöl (BfG)
IV-6 Untersuchung von Emissionsvermeidungspotenzialen
und Kosten – Wirksamkeitsuntersuchung
Verantwortlich: Prof. Dr. Volkmar Hartje (TUB)
Die Durchführung von Kosten – Wirksamkeitsanalysen inklusive
Sensitivitätsanalyse für verschiedene Maßnahmenkombinationen
und Szenarien des globalen Wandels soll mit der Bewertungssoftware DEFINITE
(Janssen, Herwijnen et al. 2001) erfolgen. Ferner sollen die kostengünstigsten
Maßnahmenkombinationen unter den Bedingungen des globalen Wandels
unter zur Hilfenahme einer mathematischen Programmierung des Kostenminimierungsproblems
erfolgen (Vergleiche hierzu van der Veeren et al. 2002; Schleich et al.,
1997; Ribaudo et al., 2001; Aillery et al., 2001). Grundlage für
die Untersuchung von Handlungsoptionen- sowie Strategien und deren Kosten
– Wirksamkeitsrelation ist eine systematische Ableitung teileinzugsgebietsspezifischer
Emissionsvermeidungskostenfunktionen für jeden Eintragspfad und Maßnahmenpaket.
Zur Methodik der Emissionsvermeidungskostenfunktionen siehe z.B. Rademacher
et al. (1999) und van der Veeren et al. (2002). Diese müssen für
verschiedene Entwicklungsszenarien erstellt werden, da sich diese Kosten
Wirksamkeitsrelationen vor veränderten sozioökonomischen Randbedingungen
unterschiedlich darstellen. So verändern sich z.B. die zusätzlich
erforderlichen Kosten für weitere Emissionsvermei-dung bei veränderter
agrarpolitischer Ausgangslage (z.B. cross-compliance). Grundlage einer
einheitlichen Bewertung ist eine gemeinsame räumliche und charakterisierende
Typologie der Emissionsquellen.
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