BOOT-Monitoring

Die zeitlich hochaufgelöste Erfassung der Hydrologie und Wasserqualität an einzelnen Punkten sowie die numerische Simulation von Abfluss, Sauerstoff- und Nährstoffhaushalt von Fließgewässern finden in den letzten Jahren eine zunehmende Verbreitung, um das Verständnis für die Prozessdynamik und die Identifikation kritischer Gewässerbelastungen zu verbessern. Durch die Punktmessungen werden aber die Auswirkungen im Gewässer nur insgesamt erfasst, ohne die Art und den Ort der Schadstoffquellen identifizieren zu können. Die Information zu Belastung und Prozessen kann über eine räumlich gut aufgelöste Messung entlang des Fließgewässers wesentlich verbessert werden.

Da die dazu nötige räumliche Auflösung durch ausreichend nah aufeinander folgende Punktmessungen weder effizient ist noch wirtschaftlich begründbar erscheint, besteht die Idee des Projektes BOOT-Monitoring darin, kontinuierliche Messungen entlang der Längsachse von Fließgewässern von einem Boot aus durchzuführen, also ein Lagrange-Messprinzip anzuwenden. Bootsgestützte Messungen der Morphometrie und Hydrologie finden bisher nur auf Strömen mit einer ausreichenden Wassertiefe Anwendung, wo eine Befahrung mit einem Schiff möglich ist. Die Erfassung von Abfluss, Morphometrie und diverser Qualitätsparameter von einem Floß oder einem kleinen Boot aus wurde bisher noch nicht durchgeführt.

In dem Projekt BOOT-Monitoring soll deshalb ein bootgestütztes Messsystem entwickelt werden, dass zur Befahrung kleiner Mittelgebirgs- und Tieflandgewässer genutzt werden kann. Dieses wird modular aufgebaut, um es an die unterschiedlichsten Anforderungen, die sich aus den Fließgewässercharakteristika ergeben, anpassen zu können. Durch die Zusammenarbeit von Projektpartnern aus Sachsen und aus Mecklenburg-Vorpommern können raumbezogene Daten in unterschiedlichen Natur- und Siedlungsräumen ermittelt werden.

Aus diesen Lagrange-Messungen werden Aussagen zum Systemverhalten abgeleitet, wo sonst durch Punktmessungen nur schwer zu verifizierende Annahmen zum Verlauf der betrachteten Kenngrößen zwischen den vorhandenen Messpunkten notwendig sind. Durch die longitudinale Messung der Wasserqualität können die Charakteristik (punktförmig oder diffus), das Ausmaß und der Ort von Schadstoffquellen identifiziert werden. Eine Erfassung hochaufgelöster Längsprofile wertet die bestehenden Messungen auf und trägt zur Schließung von Wissens- und Informationslücken bei. Die zudem gewonnenen dreidimensionalen Gewässeraufnahmen werden mit Daten der Wasserqualität integriert und unter anderem zur morphometrischen und biologischen Bewertung der Gewässerstruktur genutzt. Ebenfalls wird eine Evaluierung des Nutzungspotentials von Fernerkundungsdaten und Entwicklung von innovativen Methoden zur Ableitung von Gewässerstrukturparametern durchgeführt.

Das Messsystem trägt zu einem fundierten Prozessverständnis des Gewässerökosystems bei und soll für Landesämter als Grundlage dazu dienen, kombinierte Monitoringprogramme mit stationären und bootgestützten Messungen auszulegen. Die optimale Lage der Messstationen mit der größten Aussagekraft (z. B. für die Fragestellung, wo das Sauerstoffminimum zu erwarten ist) kann über die erfassten Daten aus der Längsbefahrung ermittelt werden. Zusätzlich können bisher nicht erfasste Gewässerabschnitte beschrieben werden. Die Daten dienen als Eingangsgrößen für Gewässermodelle und deren verbesserte Kalibrierung; sie bilden damit die Grundlage zur raum- und ereignisbezogenen Identifikation kritischer Gewässerzustände. Das wiederholte, räumlich hoch aufgelöste Monitoring dient zur Wirkungsabschätzung von Veränderungen in der Gewässerbewirtschaftung, während mit den kalibrierten Modellen durch die Berechnung von Szenarien eine Bewertung von geplanten Bewirtschaftungsmaßnahmen durchgeführt werden kann.

Die kooperative Entwicklung der Modelle durch wissenschaftliche und behördliche Projektpartner stellt eine Nachnutzung der Projektergebnisse für die Flussgebietsplanung sicher. Aufgrund der methodischen Herangehensweise wird darauf hingearbeitet, das Messprinzip übertragbar – auch auf den internationalen Raum – zu gestalten. Des Weiteren werden die Ergebnisse in Publikationen und wissenschaftlichen Tagungen vorgestellt. Die wissenschaftlichen Fragestellungen und Ergebnisse dieses Projektes werden im Museum der Westlausitz vorgestellt und in der Öffentlichkeit diskutiert.

Es soll besonders hervorgehoben werden, dass die Entwicklung des modular ausgerüsteten Messbootes als marktreifes Produkt auf Grund der vielfältigen Herausforderungen in der Forschung, Entwicklung und Anpassung kein anvisiertes Ziel des Projekts ist. Die zentrale Steuer-, Energie- und Datenerfassungseinheit bildet aber den Kern des Messsystems, der durch seinen modularen Aufbau und die offene Schnittstellenarchitektur auch auf andere Problemfelder mobiler Sensormessungen übertragbar ist. Zusätzlich steht die Beratung zur Zusammenstellung sowie ggf. Dienstleistung zur Unterstützung von Realisierung und Inbetriebnahme von Messsystemen im Vordergrund.

TU Dresden: Professur für Siedlungswasserwirtschaft, Prof. Dr. Peter Krebs;
Professur für Geoinformationssysteme, Prof. Dr. Lars Bernard

Universität Rostock: Professur für Wasserwirtschaft, Prof. Dr. Jens Tränckner

Staatliches Amt für Landwirtschaft und Umwelt Mecklenburger Seenplatte, Dezernat Wasserrahmenrichtlinie und Gewässerkunde, Dipl.-Hydrol. Reinhard Petzold

Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Sachsen, Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe, Dr. Uwe Müller

biota - Institut für ökologische Forschung und Planung GmbH, Dr. Dr. Dietmar Mehl

AMC-Analytik & Messtechnik GmbH Chemnitz: Messsystementwicklung, Dr. Frank Neubert

• Projektkoordination
• Auswahl von Messtechnik
• Durchführung von Tests und Messkampagnen im Mittelgebirgsraum (insbesondere Freiberger Mulde)