Niederschlags­bedingte Schmutzbelas­tung der Gewässer aus städtischen, befestigten Flächen - Überbrückungs­projekt zur Phase II

Förderkennzeichen	O2-WA9246/1
Finanzierung	Bundesministerium für Forschung und Technologie
Bearbeitungszeitraum	1992 - 1993
Projektleitung	Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Lützner Doz. Dr.-Ing. habil. Hartmut Grothkopp
Projektbearbeitung	Dipl.-Ing. Volker Gebhard Dipl.-Ing. Matthias Barth Dipl.-Chem. S. Rennert
Kooperationspartner	Universität Bayreuth - Lehrstuhl für Hydrologie, Universität Karlsruhe - Institut für Siedlungswasserwirtschaft

Zielsetzung

Das Ziel der Untersuchungen im Rahmen des Gesamtprojektes besteht in der chemischen Analyse und Bilanzierung ausgewählter anorganischer und organischer Spurenschadstoffe, die durch den Niederschlag in einem anthropogen stark belasteten Territorium in die Kanalisation gelangen. Der Projektantrag basiert auf Untersuchungen in Karlsruhe und Bayreuth im Bearbeitungszeitraum der Phase 1 des BMFT-Projektes "NIEDERschlagsbedingte SCHmutzbeLAstung der Gewässer aus städtischen, befestigten Flächen" sowie einzelnen Forschungsvorhaben des DFG-Schwerpunktprogramms "Hydrologie bebauter Gebiete".

Vergleichend zu den dort gewonnenen Erkenntnissen über den Eintrag, das Abtrags-, Akkumulations-, und Transportverhalten von Schadstoffen über die Transportkette Niederschlag - befestigte Fläche —>Kanal —> Kläranlage/Gewässer, sollen diese Erkenntnisse durch Untersuchungen an einem zentralen, durch Individualverkehr und Industrie stark belasteten Einzugsgebiet in Dresden ergänzt und Fragen der Übertragbarkeit der Ergebnisse aus Phase 1 geklärt werden. Durch die Ermittlung der Schadstoffbelastung in Dresden sollen zusätzliche Informationen für eventuelle Unterschiede in der Belastungssituation zwischen den neuen und den alten Bundesländern gewonnen werden. Damit soll ein Beitrag zur Zielstellung des Verbundprojektes, die niederschlagsbedingten Schadstoffströme in Deutschland zu bilanzieren, gebracht werden.

Im Vordergrund der Arbeit der Projektgruppe Dresden stehen Untersuchungen in einem repräsentativen städtischen Einzugsgebiet in Dresden mit unterschiedlich belasteten Teilflächen. Vorgesehen sind Probenahmen von:„Regen, Dach- und Straßenabfluss über fest installierte Messgeräte und Probenahmesysteme (PNS) sowie Handbeprobungen im Untersuchungs- und Stadtgebiet verteilt. Die Beprobung des Regens und der Abflüsse dazu werden zeitgleich durchgeführt.

Die Projektbearbeitung erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Hydrologie der Universität Bayreuth (LSH) als Erfahrungsträger der Phase 1 des Projektes. In Abstimmung mit den Partnern Lehrstuhl für Hydrologie (Universität Bayreuth) und Institut für Siedlungswasserwirtschaft (Universität Karlsruhe) sollen die Beprobungen über feste Probenahmesysteme an einem Flachdach (Beton), einem Spitzdach (Ziegel) sowie einer Haupt- und einer Nebenstraße durchgeführt werden.

Das Forschungsprojekt basiert im Wesentlichen auf Analysen im Spurenbereich und macht demzufolge entsprechende Analysentechnik erforderlich. Im Projektantrag zur Phase II ging man von einem nahtlosen Übergang von Phase 1 zu Phase II aus. Aufgrund von Bewilligungsschwierigkeiten der Phase II und den damit verbundenen Verzögerungen zeichneten sich Probleme bei der Projekt-, Geräte- und Personalplanung aller Projektpartner ab. Um über diese Probleme das Projekt nicht zu gefährden, wurde eine Überbrückungsfinanzierung bewilligt, die die im finanziellen Rahmen möglichen Arbeiten tragen sollte.

Die Bewilligung für die Projektgruppe Dresden, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft der TU Dresden, beschränkt sich auf die Kosten zur Beschaffung eines Analysengerätes (lonenchromatograph) sowie Verbrauchsmaterialien für Verwaltung und Analysen. Die personelle Absicherung erfolgte über institutseigene Mittel.

Die Arbeitsschwerpunkte der Überbrückungsphase wurden so gesetzt, dass vorbereitende und einführende Arbeiten im Rahmen der Phase II begonnen werden sollten. Der erste Schwerpunkt lag im Aufbau des spurenanalytischen Labors in Dresden und bei der Einarbeitung in die erforderlichen Analysenmethoden sowie Analysengeräte. Der zweite Schwerpunkt lag in der Sicherung der Probenahmestellen, dem Aufnehmen territorialer Daten sowie der manuellen Beprobung einiger Regenereignisse. Die beprobten Ereignisse sollen dabei der Ermittlung der Belastungsbereiche sowie dem Einarbeiten in die Probenahme, die Analysenmethoden und Analysengeräte dienen.

Im Berichtszeitraum durchgeführte Arbeiten

Ein Schwerpunkt der Arbeit bestand, wie unter Punkt 1.1 bereits dargestellt, im Aufbau eines spurenanalytischen Labors in Dresden sowie dem Übertragen von Erfahrungen der Bayreuther Arbeitsgruppe aus Phase 1. In diesem Zusammenhang sowie zur Projektabstimmung fanden mehrere Treffen in Dresden und Bayreuth mit dem Bayreuther Projektpartner statt. Außerdem gab es mehrere längere Aufenthalte in Bayreuth durch eine Chemikerin und zwei Diplomanden. Diese Aufenthalte waren zur Angleichung von Analysenmethoden für die einheitliche Bestimmung von Schwermetallen (Cu, Zn, Pb, Cd, Fe) sowie zum Sammeln von Erfahrungen beim Aufbau und Betrieb der automatischen Probenahmesysteme (PNS) erforderlich.

Für die Einarbeitung in die Analyse von Schwermetallen bestand die Möglichkeit, am Institut für Analytische Chemie der TU Dresden ein Atomabsorptionsspektrometer (AAS Varian 10) zu nutzen. Die Investition eines AAS ist im Rahmen der weiteren Bewilligung geplant. Zur Bestimmung von Anionen und Kationen wurde nach dem Einholen von Angeboten ein lonenchromatograph (Dionex DX 300) beschafft und im März 1993 im Dresdner Labor installiert. An diesem Gerät erfolgte bisher die Einarbeitung in die Bestimmung von Anionen (Cl^-, NO₃, SO4^2-, PO₄^3-).

Ein zweiter Schwerpunkt des Projektes war die Vorbereitung der Probenahmestellen sowie die Handbeprobung einzelner Regenereignisse. Zu diesem Punkt zählte das Einholen erforderlicher Genehmigungen zuständiger Stellen und Eigentümer, die Aufnahme der Probenahmestellen mit den spezifischen Daten des Untersuchungsgebietes wie Flächen, Materialien, Abmessungen, Kanalnetzdaten, Befestigungsarten, Abflussrichtungen und Abflussmengen sowie den territorialen Daten wie Lage, Luftbelastung, Gewässerbelastung, Niederschlagscharakteristik, allgemeine Umweltsituation, spezifische Randbedingungen sowie Industriestruktur. Zu diesem Punkt wurden zwei Diplomarbeiten betreut.

Im Stadtgebiet verteilt wurden drei Regenschreiber (Wippenprinzip, 200 cm^₂ Auffangfläche) mit Elektroanschluss installiert und betrieben. Ein Regenschreiber befindet sich direkt im Untersuchungsgebiet. Die Datenverwaltung, -auswertung und -aufbereitung erfolgte mit eigener Software.

Durch die Arbeitsgruppe Bayreuth wurden wertvolle Informationen über die Handbeprobung von Straßen- und Dachabfluss sowie zum Aufbau der Probenahmestationen (PNS) übermittelt. Die Ausrüstung für eine manuelle Straßenabflussbeprobung wurde an die Dresdner AG übergeben, eine zweite wurde selbst gebaut. Im Rahmen der Beprobung des Straßenabflusses wurde im Untersuchungsgebiet auf einer stark befahrenen Straße ein bestehender Straßengully gegen einen Normgully (45x45 cm) mit Schlammeimer ausgetauscht.

Zur Ermittlung der Belastung durch Niederschlag und Trockendeposition sowie zum Aufschluss über Konzentrationsbereiche wurde/wird über einen Sammeltrichter eine wöchentliche Sammelprobe des gefallenen Niederschlages genommen und auf Schwermetalle (Cu, Fe, Zn, Pb, Cd) analysiert. Im Messzeitraum fielen insgesamt 30 Sammelproben an. Davon konnten bis 30.04.93 die bis November '92 angefallenen Proben (16) auf Schwermetalle und pH-Wert untersucht werden. Die Proben 1...7 wurden auf 5 Schwermetalle á 3 Messungen plus pH-Wert, die Proben 8...16 zusätzlich auf drei Fraktionen gefiltert, analysiert. Damit fielen 526 Messungen zzgl. der Vergleichsanalysen mit Standardlösungen an. Der genaue Analysengang ist dem Punkt Einarbeitung in die Analysenmethoden... zu entnehmen. Neben den Sammelproben erfolgte für 2 Regenereignisse eine manuelle Beprobung des Dachabflusses und die Analyse auf die oben genannten Schwermetalle, Leitfähigkeit, pH-Wert sowie teilweise DOC und TOC.
 

Arbeitsstand und Übergang zum Anschlussprojekt Phase II

Grundlegend ist einzuschätzen, dass das Ziel des Überbrückungsprojektes erreicht wurde. Dem Arbeitsstand entsprechend sind damit wichtige Voraussetzungen zum Aufbau fest installierter Probenahmestationen in einem stark belasteten Territorium in Dresden geschaffen. Das betrifft vor allem die Erhebung örtlicher Daten und Parameter, die Einholung erforderlicher Genehmigungen sowie die Vorbereitung vor Ort (z.B. bauliche Veränderungen).

Zum Aufbau eines spurenanalytischen Labors in Dresden wurde, wie vorgesehen, die Analysentechnik zur Bestimmung von Anionen und Kationen (Ionenchromatograph) installiert. Wie unter Punkt 1 .2 bereits erwähnt, wurden mit diesem Gerät bisher Erfahrungen bei der Analyse auf Anionen gemacht. Zu beachten ist die relativ aufwendige Einarbeitung an derartigen Analysengeräten. Die Einarbeitung in die Analyse von Kationen erfolgt im Rahmen der Fortführung des bereits bewilligten Anschlussprojektes. Ein wesentlicher Zeitvorsprung kann bei der Analyse auf Schwermetalle verzeichnet werden. So wurden durch einen Mitarbeiter des ISI Schwermetallanalysen der beprobten Ereignisse und Sammelproben bereits in Dresden, am Institut für Analytische Chemie der TU Dresden, durchgeführt. Somit liegen erforderliche Erfahrungen für das Folgeprojekt in Dresden vor.

Demgegenüber gibt es einen Verzug bei der Durchführung von Fluoreszenstracermessungen am Oberflächenabfluss. Aufgrund von später Mittelbereitstellung für 1992 wurde für diese Untersuchungen der Zeitraum März/April 1993 vorgesehen. Die unvorhersehbare Trockenheit im genannten Zeitraum machte eine weitere Verschiebung dieser Arbeiten erforderlich.

Planmäßig erfolgte die 'Beprobungen von Einzelereignissen und Sammelproben. Die Analysenergebnisse geben im Zusammenhang mit den örtlich erhobenen Daten und anderen Messungen einen Aufschluss über Belastungsbereiche im Vergleich zu anderen Großstädten.

Der lückenlose Übergang zum Anschlussprojekt Phase II unter Nutzung des erreichten Arbeitsstandes ist gewährleistet.
 

Darstellung der Arbeitsschritte

Datenerhebung im Untersuchungsgebiet
Vorhandene Vorfluter in Dresden

Die Elbe entwässert rund 73 % des Einzugsgebietes in den neuen Bundesländern und ist auch Hauptvorfluter der Stadt Dresden. Bei Niedrigwasser (Q5%) lag in der Vergangenheit der Sauerstoffgehalt auf 60 % der Elbstrecke unter 3 mg/I, in den belasteten Gebieten sogar unter 1 mg/I (Haury at al. 1992). Die Ursache bildet die hohe organische Belastung durch anthropogenen Einfluss. Seit 1990 hat sich der Sauerstoffgehalt der Elbe wesentlich verbessert. Im Jahr 1990 wurde der Sauerstoffgehalt von 3 mg/I an der Messstelle Magdeburg nicht unterschritten. Es ist eine Verbesserung der CSB und DOC- Belastung (gelöster Anteil) um 55 und 56 %, für Gesamtphosphat um ca. 50 % zu verzeichnen (Haury at al. 1992). Gegenüber 1989 ist eine Abnahme der Ammoniumkonzentration vorhanden. Begründet wird diese Abnahme vor allem durch erhöhte Nitrifikation infolge des verbesserten Sauerstoffhaushaltes der Elbe, aber auch durch Emissionsrückgang aus der Industrie. In der Gesamtbilanz der Elbe ist allerdings eine relativ geringe Abnahme des organischen Stickstoffs (Ammonium, Nitrit, Nitrat) vorhanden, wobei Emissionsrückgang und geminderte Denitrifikation sich gegenseitig aufheben.

Ein Vergleich der Belastung mit chlororganischen Verbindungen wird ebenfalls durch Haury at al. gegeben. Es ist eine Frachtreduzierung in der Elbe bei Magdeburg von Anfang bis Jahresende 1990 um ca. 30 % und an der Messstelle Schnackenburg im Vergleich zu 1989 eine Abnahme um 38 % angegeben. Die gegenwärtigen Konzentrationen liegen bei 100 bis 200 µg/I und damit noch weit über den anzustrebenden Gewässerzielen. Der wesentliche Eintrag erfolgt über die Mulde und die dort ansässige Industrie.

Von den Schwermetallen hat insbesondere Quecksilber eine herausragende Bedeutung für die Elbe unterhalb der Muldemündung. An der Messstation Schnackenburg verringerte sich die Jahresquecksilberfracht im Jahr 1990 um 46 % gegenüber 1989. Die Lastsenkung beruht vor allem auf starkem Emissionsrückgang der Industrieeinleiter Buna AG Schkopau (94 %) und Chemie AG Bitterfeld-Wolfen (92 %). Auch andere Schwermetalle, wie Kupfer, Chrom und Nickel unterliegen einer rückläufigen Tendenz bei Konzentrationen und Frachten. Stichprobenuntersuchungen von Böden aus Überschwemmungsflächen der Elbe durch Haury at al. 1992 belegten, dass Bodengrenzwerte für Schwermetalle überschritten werden. Der Boden sowie Sedimente im Flussbett sind Schwermetallspeicher und geben an- und abgelagerte Schwermetalle nur langsam, abhängig von Aufwirbelungen der Sedimentschicht sowie pH-Wert, frei.

Innerhalb der Stadtfläche Dresdens wurden bisher ca. 110 Fließgewässer und ca. 40 stehende Gewässer durch das Sächsische Landesamt für Umwelt und Geologie kartiert. Diesen Angaben ist zu entnehmen, dass sich die Gewässergüte in und um Dresden innerhalb der letzten drei Jahre um jeweils eine halbe bis zu einer Güteklasse verbessert hat. Die Aussage zu den untersuchten Fließgewässerabschnitten für das Jahr 1992 besagt, dass:

8 km	in Güteklasse I	(unbelastet bis sehr gering belastet)	= 9,2 %
19,6 km	in Güteklasse II	mäßig belastet)	= 22,6 %
8,1 km	in Güteklasse II-III	(kritisch belastet)	= 9,4 %
25,85 km	in Güteklasse III	(stark verschmutzt)	= 29,9 %
28,9 km	in Güteklasse III-IV	(sehr stark verschmutzt)	= 25,0 %

einzustufen sind (Dezernat für Umwelt, 1992).

Hierbei wurde die Elbe im Stadtgebiet beidseitig erfasst. Zu den noch fehlenden 3,9 % liegen leider keine Angaben vor. Bild 1 stellt die Gewässergüteklassifizierung entsprechend dem Sächsischen Landesamt für Umwelt und Geologie dar.

Es ist zu bemerken, dass die Nebenflüsse im Stadtgebiet durchweg bessere Güteklassen als die Elbe aufweisen. Weiterhin zeigen das rechte und linke Elbufer deutliche Unterschiede in der Belastung. Dieser Zustand ist der einseitigen Industriekonzentration im Raum Pirna-Heidenau sowie unterhalb von Dresden der bestimmenden Einleitung des Kläranlagenablaufes Dresden-Kaditz zuzuschreiben. Die Schwermetallkonzentrationen der Wasser/Schwebstoffphase waren 1991 in keinem der untersuchten Fließgewässer kritisch.
 

Untersuchungsgebiet
Das Untersuchungsgebiet befindet sich im historischen Stadtkern von Dresden. Es erstreckt sich entlang des östlichen Elbufers zwischen Augustusbrücke und Japanischem Palais (Bild 2). Die Infrastruktur des Untersuchungsgebietes ist durch wohnliche und kleingewerbliche Nutzung gekennzeichnet. Vertreter des Kleingewerbes sind eine Bank, drei Gaststätten, ein Hotel, zwei Museen, eine Post, eine Klinik, Büros verschiedener Gesellschaften sowie zwei Kunsthändler. Im Messgebiet wohnen ca. 750 Einwohner.

Die Straßen im Gebiet sind weitestgehend asphaltiert. Die Asphaltdecken sind in einem guten Zustand, nur im Ampelbereich der Großen Meißner Straße (vor dem Blockhaus) gibt es Wellenbildung. Die Gehwege sind durch Bordsteine von den Fahrbahnen abgesetzt. Sie bestehen aus im Sandbett verlegten Betonplatten. Die Flächenaufnahme erfolgte vor Ort und durch Ausplanimetrieren anhand der in diesem Bereich aktuellen und guten Stadtgrundkarte. So wurde eine abflusswirksame Fläche von 3,78 ha ermittelt. Bild 3 zeigt die prozentuale Aufteilung der abflusswirksamen Fläche, Bild 4 die prozentuale Aufteilung der Dachmaterialien.

Hervorzuheben ist der hohe Anteil an Kupferdachfläche, den größten Anteil macht Dachpappe mit 43 % (0,49 ha) aus. Aufgrund der unterschiedlichen Abflussqualität von verkehrsreichen und Anliegerstraßen erfolgte auch hier eine Unterteilung. Zu den verkehrsreichen Straßen ist die Große Meißner Straße (E55) und die Palaisstraße zu zählen. Sie weisen im Gebiet eine Fläche von gesamt 0,63 ha auf. Die Anliegerstraßen haben einen Anteil von 0,19 ha.

Kanalisation
Die Kanalisation hat eine Länge von 1,6 km von ca. 1340 km Dresdner Gesamtkanalnetzlänge. Im Untersuchungsgebiet sind Misch- und Regenkanäle vorhanden. Der Anteil Regenkanäle beträgt 24,4 % (0,39 km). Diese dienen vorwiegend der Entwässerung von Parkflächen. Die Kanäle wurden als Ei- und Kreisprofil in zwei Hauptbauphasen hergestellt. Die ersten Kanalisationsstränge entstanden zu Beginn dieses Jahrhunderts, die zweite Bauphase begann Mitte der siebziger Jahre. Die Sohlhöhen des Kanalnetzes liegen bei 108,52 bis 111,09 m über NN bei einem mittleren Grundwasserstand von 111,50 m über NN. Ablagerungen wurden zum Untersuchungszeitpunkt zwischen 0 und 20 cm gemessen, die Struktur war grobkörnig und mineralisch.

Straßenentwässerung
Straßeneinläufe wurden als einfache Einläufe oder als Trockengully mit Eimer ausgeführt. Im Laufe der Zeit wurde ein Großteil der Eimer entfernt. Die Reinigung der Gullys erfolgt nach Angaben des Straßen- und Tiefbauamtes für die Hauptverkehrsstraßen (Große Meißner und Palaisstraße) ein- bis zweimal im Jahr, für die Nebenstraßen aller drei bis vier Jahre. Das Straßen- und Tiefbauamt der Stadt plant die Umstellung des Stadtgebietes auf Nassgullys. Die derzeitigen Gullys entsprechen nicht der DIN-Norm, sie sind wesentlich kleiner und eignen sich nicht zur Beprobung des Straßenabflusses. Die Entwässerung der Gehwege erfolgt über Schlitzeinläufe. Im Messgebiet befinden sich 64 Gullys und 59 0,5 m Schlitzeinläufe. Bei den Schlitzeinläufen im Gebiet konnte eine geringere Verstopfungsgefahr bemerkt werden als bei den Gullys. Bei einer Begehung im II. Quartal 1992 waren über 30 % der Gullys an den Nebenstraßen und über 75 % der Gullys an den Hauptstraßen verstopft. Die Ablagerungen in den Schlitzeinläufen sind gering, es handelt sich vorwiegend uni organisches Material (Laub). Die zur Straßenreinigung in Dresden eingesetzten Maschinen fahren mit einer Kehrgeschwindigkeit von 2,5 bis 10 km/h. Der Aufnahmegrad liegt zwischen 95 und 99 % bei trockenen Fahrbahnverhältnissen (Vogel u. a. 1987). Trotz dreimaliger Straßenreinigung pro Woche für die verkehrsreichen Straßen wurde ein ca. 30 cm breiter Randstreifen, vor allem bedingt durch parkende KFZ, nicht erfasst. Diese Bereiche befinden sich an der Palaisstraße.

Straßenwinterdienst
Werner (1990) stellt nach der Ausbringung chemischer Taumittel deutliche Konzentrationserhöhungen im Abfluss fest. Gegenüber Stoffkonzentrationen ohne Taumittel werden Anreicherungsfaktoren von 1205 für Na, 780 für Cl und 83 für die Leitfähigkeit genannt.

Der Straßenwinterdienst beräumt in Dresden ca. 500 km Straßenlänge. Davon werden ca. 360 km mit Hilfe von Salzen eisfrei gehalten. Die ausgebrachte Salzmenge beträgt 1600 t/a. Vom Straßenwinterdienst wird darauf orientiert, dass hauptsächlich NaCl in fester Form verwendet wird. Im Mittel werden 15 g NaCI/m² Straßenfläche und Einsatz verstreut. Wenn eine schnelle Tauwirkung erforderlich ist, wird an Stelle von NaCI MgCl₂-Lösung versprüht. Je nach Eisdicke werden die Salzmengen zwischen 5 und 40 mg/m² variiert.

Pro Streuperiode (15.11.-15.3.) werden durchschnittlich 40 Streueinsätze gefahren. Die Schwankungsbreite kann bedingt durch die Härte des Winters zwischen 20 und 80 Streueinsätzen liegen. Die Häufigkeit der Einsätze wird ebenfalls durch die Hanglage der Straßen (Nord- oder Südseite) bestimmt.

Im Messgebiet werden nur die E55 und die Palaisstraße mit Salz eisfrei gehalten. Die Streubreite beträgt auf der E55 7,5 m und auf der Palaisstraße 3,5 m. Das entspricht einer Streufläche von 4403 m². Unter der Annahme von 40 Streueinsätzen mit 15 g NaCI oder 20 g MgCl₂ pro m² und Streueinsatz werden in einer Streuperiode 2640 kg NaCI bzw. 3500 kg MgCl₂ im Untersuchungsgebiet ausgebracht. Die Rähnitzgasse und die Anliegerstraßen werden durch den Straßenwinterdienst nicht betreut. Nur in extremen Witterungssituationen erfolgt eine Schneeberäumung bzw. Ausbringung von abstumpfenden Mitteln.

Verkehrsdichte
Verkehrsdichtezählungen werden durch das Straßen- und Tiefbauamt der Stadt Dresden im Regelfall alle zwei Jahre durchgeführt. Bild 5 zeigt die Verkehrsentwicklung an der Großen Meißner Straße seit 1984.

Bedingt durch die hohe Kfz-Zulassungsrate erhöhte sich das Verkehrsaufkommen in der Großen Meißner Straße um 30 %. In den bisherigen Zählungen wurde der Nachtverkehr nicht erfasst, so dass die tatsächliche Verkehrsbelastung etwas über den Zählergebnissen liegt. Hinzu kommt, dass bei Verkehrszählungen, durch Personen ausgeführt, eher eine Unterschreitung als eine Überschreitung der Ergebnisse zu erwarten ist.

Die Bilder 6 und 7 verdeutlichen den hohen Anteil der PKW (91 %) gefolgt vom schweren Lastkraftwagen (SLKW 4 %), Lastzug (LZ 3 %), Krad (1 %) und Rad (1 %) am Verkehrsaufkommen. Die Reifenbelastung der Fahrspur auf der Seite des Neustädter Marktes beträgt beispielsweise bei einer Verkehrszählung am 29.08.1991 (Donnerstag) rund 76000 und die auf der Seite des Blockhauses rund 82000 Reifen pro Tag. Unter der Annahme von 0,03 g Reifenabrieb pro km (Brunner 1975) würde der tägliche Reifenabrieb auf der E55 1,32 kg betragen. Die E55 ist zu den hoch belasteten Straßen zu zählen.

Luftbelastung
Das Problem der Luftbelastung ist die Emission von Luftschadstoffen, die von Gewerbe, Industrie, Haushalt und Verkehr ausgehen. Für die kontinuierliche Betrachtung sind Naturereignisse, Havarien, Großbrände etc. nicht entscheidend, können aber kurzzeitig Extremsituationen hervorrufen.

Bedingt durch die Tallage und die starke industrielle Nutzung des Oberen Elbtales scheint Dresden für die Belastung mit Luftschadstoffen besonders gefährdet. Tatsache ist jedoch, dass sich die Luftzirkulation im relativ breiten Elbtal positiv auf die klimatischen Bedingungen der Stadt Dresden auswirkt, aber auch einen Kanal für vorbelastete Luftmassen darstellt. In Dresden gibt es relativ selten austauscharme Wetterlagen, die eine Smogbildung begünstigen.

Luftverunreinigungen werden in Dresden durch Kraftwerke, Industrie, Gewerbe, Haushalt und vor allem Verkehr verursacht. Bedeutungsvoll sind außerdem Luftbelastungen, die aus dem Umland zugeführt werden. Insbesondere wird hierdurch die Schwefeldioxidbelastung erhöht. Eine komplexe Einschätzung der Emissionssituation in Dresden ist zum Zeitpunkt nicht möglich, ebenso eine Aussage zur Entwicklung der Luftbelastung. Es wurden zwar die Betreiber von Anlagen, die nach der 4. Bundesemissionsschutzverordnung genehmigungspflichtig sind, erfasst doch fehlen wichtige Einflussfaktoren, wie Anteile der Kohle- und Gasheizung, Jahresschwankungen im Energieeinsatz, Verkehrsentwicklung etc. Generell ist seit 1989 eine Verbesserung der Luftsituation feststellbar. Dies muss aber vorwiegend der Umstellung von Kohlefeuerung auf Gas- oder Fernheizung sowie Betriebsschließungen zugeschrieben werden. Infolge des hohen Anteils der Fernwärmeversorgung im Stadtzentrum ist der Anteil des Hausbrandes am Sedimentationsstaub im Untersuchungsgebiet geringer als in Stadtgebieten mit überwiegender Kohlefeuerung. Zu beachten ist aber der Einfluss des Kraftwerkes Dresden Mitte auf das Untersuchungsgebiet, welches auch 1992 noch teilweise betrieben wurde. Das Kraftwerk befindet sich im Umbau und wird mittelfristig durch ein Gas-Wärme-Kraftwerk abgelöst.

Dem Jahresbericht 1992 des Dezernates für Umwelt Dresden zufolge erfolgt der Ausstoß von SO₂ überwiegend durch den Kohleeinsatz in der Strom- und Fernwärmeerzeugung. Staub und große Mengen von CO sind vorrangig durch die Raumheizung in Form von Kohleeinzelöfen bedingt. In gleicher Größenordnung wird Kohlenmonoxid durch den steigenden Straßenverkehr freigesetzt. Vom Straßenverkehr hervorgerufene Staubemissionen sind noch nicht bilanzierbar.

Unmittelbar mit der Luftbelastung steht die Belastung des Staubniederschlages (Trockendeposition) in Zusammenhang. Das Sächsische Landsamt für Umwelt und Geologie (LfUG) betreibt 9 Pegelmessstellen im Stadtgebiet. Es werden die Gesamtmenge, SO₂^--, NO₂^--, CO- und O₃-Konzentrationen erfasst. Für die Staubniederschlagsmenge ist seit 1989 eine eindeutige Belastungsabnahme registrierbar. Die Jahresmittelwerte lagen 1991 zwischen 0,15 g/m²/d und 0,4 g/m²/d. Im Vergleich zu Städten der alten Bundesländer liegen die Werte allerdings noch über dem Mittel. Die CO₂-Emission wurde für 1991 auf 13,3 t/Ea geschätzt, aus den alten Bundesländern sind hier mittlere Angaben von 11,7 t/Ea bekannt (LfUG, 1992). Tabelle 1 zeigt Schadstoffemissionen aus dem Straßenverkehr von 1990 und 1991 im Vergleich.

Bild 8 bis 13 geben die Belastung des Staubniederschlages mit Schwermetallen im Jahr 1986 wieder. Es sind hier zwei Messpunkte aufgeführt, wobei "Hauptbahnhof" linkselbisch und "Bahnhof Neustadt" rechtselbisch liegt. Die Station "Bahnhof Neustadt" grenzt direkt an das Untersuchungsgebiet. Aktuellere Werte sind beim LfUG vorhanden, aber noch nicht für eine Veröffentlichung aufbereitet.

Unter der Annahme der Belastungswerte des Neustädter Bahnhofes von 1986 würden sich jährliche Sedimentationsfrachten von 14,0 kg Zink, 2,58 kg Blei, 0,05 kg Cadmium, 0,18 kg Vanadium, 0,47 kg Chrom und 0,005 kg Beryllium für das Untersuchungsgebiet ergeben. Diese Werte liegen sicher über den realen, da die Messungen an Schwerpunkten der Luftbelastung erfolgten.

Die mittleren Windgeschwindigkeiten im Untersuchungsgebiet liegen zwischen 2 und 2,7 m/s (Dezernat für Umwelt der Stadt Dresden, 1992).

Niederschlagserfassung
Für eine Bewertung des Niederschlags-Abfluss-Verhaltens auf Entwässerungsflächen und im Kanal sowie des Transportverhaltens von Schadstoffen sind Daten über die Niederschlagscharakteristik erforderlich. Weiterhin werden Regendaten für statistische Auswertungen wie die Bilanzierung der niederschlagsbedingten Schadstofffrachten benötigt. Im Stadtgebiet von Dresden wurden 1992 drei ältere Regenschreiber der Fa. Thies installiert und betreut.

Station 1 (Nr. 5005)
Im März 1992 wurde ein Regenschreiber auf der Nöthnitzer Straße wieder in Betrieb genommen und der elektrische Anschluss erneuert. Der Standort befindet sich in süd-südwestlicher Richtung 4 km Luftlinie vom Untersuchungsgebiet entfernt in einer Höhe von ca. 160 m über NN.

Station 2 (Nr. 5003)
Nach der Einholung von Aufstellungs- und Anschlussgenehmigungen wurde per Handschachtung die Erdkabelverlegung für diesen Regenschreiber vorgenommen und eine Fundamentplatte gesetzt. Am 8. April erfolgte die Inbetriebnahme. Dieser Schreiber befindet sich direkt im Untersuchungsgebiet auf dem Gelände der WAB Dresden GmbH. Die Standorthöhe beträgt etwa 110 m über NN.

Station 3 (Nr. 5007)
Im Botanischen Garten nahm der dritte Regenschreiber am 9. Juni 1992 seinen Betrieb auf, nachdem zuvor wiederum eine Verlegung des Anschlusskabels sowie der Bodenplatte erfolgte. Die Station liegt in einer Höhe von ca. 115 m über NN, etwa 2,5 km südöstlich vom Messgebiet.

Die Regenschreiber haben eine Auffangfläche von 200 cm² und arbeiten nach dem Wippenprinzip. Ein Wippenschlag repräsentiert 0,1 mm Niederschlag, d.h. die maximale Auflösung beträgt 0,1 mm. Die Regenschreiber verfügen über keine Tropfenzählung zur Kompensation der Messung, so dass nach einem Niederschlagsgang die Teilfüllung einer Wippe (<0,1 mm) nicht mehr registriert (verdunstet) oder dem folgenden Niederschlagsgang zugeschrieben wird. Dieser Fehler stellt in der Gesamtheit immer einen Negativbetrag dar, spielt aber im Verhältnis zum Gesamtfehler von Niederschlagsmessungen eine untergeordnete Rolle.

Die Datenerfassung erfolgt über RAM-Datenspeicher, welche über den PC ausgelesen werden. Die Speicherkapazität ist für die Betriebszeit von einem Monat ausreichend. Dabei können mehr als 350 mm Niederschlag registriert werden. Dies ist für unsere klimatischen Verhältnisse ausreichend. Der Wechsel der Datenspeicher erfolgte aber meist wöchentlich bis vierzehntägig, da es mehrmals zu nicht lokalisierbaren Ausfällen bei der Registrierung gekommen ist. Der Fehler wird in der internen Speicherschaltung der älteren Geräte vermutet. Das Auslesen, Aufbereiten, Auswerten und Archivieren der Daten erfolgt mit selbst entwickelter Software.

Bisherige Niederschlagsanalysen
Im Rahmen des Depositionsmessnetzes für den Freistaat Sachsen wurden Niederschläge an Messstellen in Leipzig, Plauen, Chemnitz, Oschatz, Radebeul, Görlitz, Marienberg und Zinnwald wochenweise aufgefangen und in ihrer stofflichen Zusammensetzung analysiert. Während 1988 die Proben mit bulk-Sammlern (nasse und trockene Deposition) genommen wurden, erfolgte bis 1990 eine Umstellung auf Automatische Nass-Trocken-Ablagerungssammler "ANTAS" (vorwiegend nasse Deposition).

Für eine Vorabschätzung der Belastung der Niederschläge mit Anionen und Kationen in Dresden können die Messwerte des Meteorologischen Observatoriums Wahnsdorf genutzt werden. Die Messstation befindet sich in einem weitgehend unbelasteten Gebiet, so dass die Untersuchungsergebnisse als Grundlastannahme genutzt werden können. Erfahrungen des Meteorologischen Observatoriums zufolge ist die stoffliche Zusammensetzung und Konzentration der Inhaltsstoffe des Niederschlages flächenhafter als die der Luftimmission. Dies unterstreicht den Einfluss der atmosphärischen Verschmutzung im Entstehungsgebiet der Wetterfront auf die Verschmutzung des Niederschlages in unbelasteten Gebieten. Leider wurden keine Schwermetalle oder organische Umweltchemikalien erfasst.

Tabelle 2 verdeutlicht gewichtete Mittel der Konzentrationen von Ionen im Niederschlag und der nassen Deposition der Station Radebeul-Wahnsdorf für das Sommerhalbjahr 1990 (Depositionsbericht des LfUG, 1991).

Zusammenfassung

Die Arbeiten waren Bestandteil des BMFT-Verbundprojektes "Niederschlagsbedingte Schmutzbelastung der Gewässer". Aufgrund von Verzögerungen bei der Finanzierung wurden Aufgaben aus dem Projektantrag der Phase II ausgegliedert und als eigenständiges Projekt bearbeitet.

Für die Arbeitsgruppe Dresden konzentrierten sich die Projektarbeiten auf den Aufbau eines spurenanalytischen Labors, auf die Handbeprobung einiger Niederschlagsereignisse zur Ermittlung der Belastungssituation sowie auf vorbereitende Arbeiten zum Aufbau stationärer Probenahmesysteme. Die Probenahmesysteme sollen im Rahmen der Fortführung der Projektphase II installiert werden und eine kontinuierliche Beprobung von Niederschlagswasser, Dach- und Straßenabfluss gewährleisten.

Die Zielstellung des Überbrückungsprojektes wurde erfüllt. Wünschenswert wären Probenahmen von weiteren Niederschlagsereignissen gewesen, konnten aber aufgrund von ungewöhnlicher Trockenheit im ersten Quartal 1993 nicht durchgeführt werden. Im Ausgleich wurde der Aufbau des spurenanalytischen Labors verstärkt. So sammelte man im Analysenbereich umfangreiche Erfahrungen und analysierte die beprobten Niederschlagsereignisse bereits in Dresden auf Schwermetalle. Die Anzahl der beprobten Ereignisse in Zusammenhang mit den analysierten Sammelproben rechtfertigt noch keine statistische Bewertung der Belastungssituation Dresdens, zeigt aber gegenüber Literaturwerten erhöhte Konzentrationen bei Kupfer und Blei sowie deutlich höhere Konzentrationen bei Cadmium, Zink und Eisen. Messungen von Staubniederschlag am Bahnhof Dresden-Neustadt brachten Werte, die Angaben einer Großstadt bis industriell stark beanspruchtem Gebiet entsprechen. Die aus der Literatur und der Phase I des Verbundprojektes bekannten Konzentrationsverläufe für Leitfähigkeit und Schwermetalle deuteten sich auch bei den beprobten Niederschlagsereignissen an. Die Nutzung der Ergebnisse des Überbrückungsprojektes für die weitere Arbeit in Phase II sowie der lückenlose Übergang zur Phase II sind gewährleistet.
 

Schlagwörter

Kanalisation, Niederschlag-Abfluss, Schadstoffe, Mischwasser, Simulation, Trockenwetter, Regenwasserbehandlung, Mischwasserbehandlung