Wasserversorgung 2 und Gütewirtschaft von Talsperren (Fach) / Altklausuren und Vorlesungen (Lektion)

Diese Lektion wurde von Helen1991 erstellt.

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• positive Aspekte der Talsperrenbewirtschaftung das Wasser steht als erneuerbare Ressource zur Verfügung das gesamte Wassereinzugsgebiet erfährt eine Beruhigung und erhält Schutzstatus (vergleichbar mit Naturreservaten): naturnaher Waldbau, entzugsorientierte Landwirtschaft und renaturierte Fließgewässer
• negative Aspekte der Talsperrenbewirtschaftung wesentlicher Eingriff in den Wasserhaushalt Beeinflussung der aquatischen Flora und Fauna die Abgabe nährstoffhaltigem Tiefenwasser über den Grundablass hemmt vor allem in den Sommermonaten aufgrund unnatürlicher niedriger Temperaturen die Besiedlung des Gewässergrundes sowie die Reproduktion von Kleinfischen Entsprechend der Phosphorbilanz im Tiefenprofil der Talsperre sollte entschieden werden, ob eine Zumischung von wärmerem Epilimnionwasser möglich ist
• Einzugsgebietsmanagement Einzugsgebiet Arten und Gefahren der Stoffeinträge in die Talsperrenzuläufe Gefahrenabwehr / Maßnahmen im Einzugsgebiet VOrbecken Schutzpotenzial von Talsperren
• das Einzugsgebiet einer Talsperre Lage, Größe und Nutzung die Höhe und Verteilung der Niederschläge in Wechselwirkunge mit den meteorologischen Eingangsgrößen Temperatur und Verdunstung den topographische und geomorphologische Bedingungen Gesteins- und Bodenverhältnisse
• Konsequenzen der Nutzungen im Einzugsgebiet Krankheitserreger, VIren und andere Mikroorganismen Nährstoffe ALgen, Phyto- und ZOoplankton Absetzbare und suspendierte Stoffe, Trübstoffe Wasser- und gesundheitsgefährdende Stoffe
• Wasserschutzfunktion des Waldes Sicherung eines ausgeglichenen Wasserdargebots mit guter Wasserbeschaffenheit Dämpfung von Hochwässern durch Verdunstung an den Oberflächen der Pflanzenteile (Interzeption) und Versickerung (Infiltration) sowie durch Verzögerung, auch Schneeschmelze Verminderung von Erosion, Erdrutschen, Steinschlag, Humusschwund und Bodenverwehungen Sicherstellung von Uferschutz und Geländestabilisierung
• wichtige Maßnahmen zur Reduktion von Stoffeinträgen Reduktion des Einflusses von Siedlungsabwässern im Einzugsgebiet Reduktion der landwirtschaftlichen Einflüsse im Einzugsgebiet Minderung forstwirtschaftlicher Einflüsse im Einzugsgebiet Minderung der Trübung
• Extensivierungsmaßnahmen Verzicht auf den Anbau von Hackfrüchten in Hanglagen Vermeidung der Schwarzbrache, Anbau von Winterzwischenfrüchten Grünlandbewirtschaftung auf Steilhängen Umleitung von Zuflüssen mit erhöhtem Nährstoffgehalt
• Maßnahmen zur Reduktion der landwirtschaftlichen Einflüsse im Einzugsgebiet Fernhaltung des Weideviehs von Oberflächengewässern durch Errichtung von Weidezäunen Errichtung von ordnungsgemäßen Viehtränken, die von Oberflächengewässern fern liegen Beseitigung von Viehfurten Beseitigung von Unterständen an Gewässern Nutzung von Grünland ausschließlich zum Weiden oder als Mähwiese, aber keine Zufütterung extensive Nutzung auf hofnaher Weide Düngungsverzicht auf Gewässerrandstreifen Sanierung von Güllebehältern, Güllekellern und Mistplatten Sanierung im Fall von Missständen bei der Hofentwässerung
• Maßnahmen zur Minderung forstwirtschaftlicher Einflüsse im Einzugsgebiet keine Aussetzung von Bibern im Einzugsgebiet Bekämpfung von Bisamratten Anlegung von Suhlen und Tränken für Wildtiere fernab der Oberflächengewässer
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• Maßnahmen zur Minderung der Trübung bei einer landwirtschaftlichen Nutzung dürfen Flurstücke nur so bewirtschaftet werden, dass keine verstärkte Bodenerosion eintritt und Rodungen und sonstige Handlungen, die die Erosion begünstigen, in der Regel nicht erfolgen Der Abfluss von Niederschlagswasser, namentlich bei Starkregen und Schneeschmelze, über wenige, meist vorgeformte Sicker- und Hangwasserwege muss vermieden werden: Verbesserung der Forstwege zur Vermeidung von Abschwemmungen und Unterbindung des Schleppens von Baumstämmen durch Gewässer bzw. quer zu Gewässern weitere Maßnahmen zur Vermeidung starker Trübungseinbrüche sind: Entschlammung und Sanierung der Vorbecken von Trinkwassertalsperren Gestaltung von Siefen an den Ufern von Talsperren, derart, dass es nicht zu sturzbachartigen Abflüssen kommen kann
• Errichtung von Puffer-Ökosystemen biologische Prozessbecken zur Endreinigung von Kläranlagenabflüssen z.B. Schönungsteiche Entfernung von Restverschmutzungen, die gelegentlich durch eine Abwasserbehandlungsanlage durchschlagen, obwohl die Grenzwerte eingehalten werden erforderlich, die diffusen, meist durch Starkregen in die Gewässser gelangenden Stoffe zurückzuhalten einer Talsperre oder einem See vorgeschaltete Gewässer sind in der Lage Phosphor und Schwebstoffe aus großen Wassermengen zu entfernen Infrage kommende vorgeschaltete Gewässer Errichtung von Regenwasserbecken Hanggräben Bau von Teichen und Wiedervernässung von ehemaligen Feuchtgebieten Vorsperren Erhaltung / Förderung von Pflanzengürteln Errichtung von P-Eliminierungsanlagen
• Schutzpotenzial von Talsperren Talsperren besitzen ein erhebliches hygienisches Schutzpotenzial stehende Gewässer sind Senken für gelöste Stoffe es kommt zu einer erheblichen Reduktion der aus dem EInzugsgebiet eingeschwemmten Keime durch vorgeschaltete Vorsperren wird diese Eliminationsleistung noch erheblich verstärkt eingeschwemmte Mikroorganismen können nach ihrer Sedimentation noch lange am Leben bleiben. Voraussetzung hierfür idt eine ausreichende Aufenthaltszeit, die mindestens 0,8 Jahre betragen soll
• große Trinkwassertalsperren gute Steuerbarkeit von Zu- und Ablauf; Kosten der Steuerung sind minimal, Energieaufwand und Abfallprobleme entfallen großes Wasservolumen = hohe Abbauleistung von Plankton Algennährstoffe führen zwar zu eintsprechender Bioproduktion, die aber mineralisiert und im Sediment gebunden wird Änderungen der Wasserbeschaffenheit nur langsam und im moderaten Umfang idealerweise: Zufluss nur geringe Belastungen
• kleine Trinkwassertalsperren geringem Stauraum, kleinem Ausbaugrad und geringerer Tiefe: größere Anforderungen an die Trinkwasseraufbereitung kleiner Wasserkörper reagiert sehr schnell auf Änderungen im Zulauf und bezüglich klimatischen Bedingungen; Aufbereitungstechnologie muss hohe Sicherheitsreserve beinhalten, so dass auf Änderungen der Rohwasserbeschaffenheit unempfindlich reagiert und einfach anzupassen ist
• Wirkung von Vorsperren bei ausreichender Größe und zielgerichtetem Betrieb: zusätzliche und unverzichtbare Sicherheitskomponente des Multibarrierenkonzepts Wirkung von Vorsperren als Bioreaktor zur Nährstoffeliminierung (P und N) ist Bestandteil der Wassergütebewirtschaftung der meisten Trinkwassertalsperren
• Messstellen, Probenahme und Analyse Anordnung und Umfang von Messstellen Art und Umfang der Probenahme Art und Umfang der Wasseranalysen Anforderungen an Rohwasserqualität Einsatzmöglichkeiten der EDV
• Online-Erfassung von Zuflussdaten Durchfluss Trübung Sauerstoffgehalt pH-Wert Wassertemperatur elektrische Leitfähigkeit Nitrat in landwirtschaftlich geprägten Gebieten
• Beispiele von Havariefällen Abwasser Hochwasser Sauerstoffmangel im Hypolimnion Schadstoffeintrag Algenblüte
• organoleptische Prüfungen Geruch Geschmack Farbe
• physikalische Messungen Temperatur Leitfähigkeit - elektrischer Widerstand pH-Wert Sauerstoffgehalt NO3  Ionenselektive Elektroden Trübung SAK-Lichtschwächung durch Streuung und Absorption
• Analysemethoden in der Wasseranalytik: Labor Titration: bekannte Lösung bekannter Konzentration reagiert mit Probe bis zum Farbumschlag Photometrie: Anfärbung der Probe, Extinktionsmessung AAS (Atom-Absorptions-Spektroskopie): Atome werden zu elementspezifischer Strahlung angeregt IC (Ionenchromatographie): Ionen der Probe werden an Säule gegen bekannte, nachweisbare Ionen ausgetauscht Anreicherung: Extraktion (Festphase) Chromatographie / Trennung: GC: Gaschromatographie: mobile Phase besteht aus Gas und HPLC: Flüssigkeitschromatographie Detektion: Universal: FID (Flammenionisationsdetektor), UV, MS oder selektiv: ECD (Elektroneneinfangdetektion), Flouriszenz
• Toxikologie Erfassung bestimmter Leistungen von Organismen (Wachstum, Vermehrung, Bewegung, Leuchtkraft, Tod) Bestimmung LC50: Verdünnung, bei der mindestens 50 % der Organismen keine Wirkung mehr zeigen Wirkungen: Wachstumshemmung (Algen-Zellvermehrung) Stoffwechselleistung (Leuchtbakterien, Sauerstoffverbrauch) Bewegung, Sterberate (Daphnien, Fische, Zellkulturen)
• Bewirtschaftung von Vorsperren Vorsperren ermöglichen einen zusätzlichen Schutz vor Trübungs- und Nährstoffeinträgen in die Hauptsperre mineralische Partikel sedimentieren intensives ALgenwachstum in der Vorsperre bei richtigem Betrieb (Überlauf, optimale Aufenthaltszeit); Folge: Entzug von Nährstoffen und Sedimentation des Phytoplanktons Vorsperren werden im Überlauf betrieben in bestimmten Zeitabständen muss eine Beräumung möglich sein
• große Beckenvolumen von Talsperren bedeuten Verdünnung von Schad- und Trübstoffen sowie Krankheitserregern mehr Zeit zwischen erkennen und handeln bessere Steuermöglichkeiten bei der Wasserentnahme
• hohe Versorgungssicherheit mit erträglichem Aufwand für die Planktoneliminierung kann bei Talsperren garantiert werden, wenn: ausreichendes Beckenvolumen des Gewässers (mittlere Tiefe > 10 m) stabile Schichtung des Wassers mit einer entsprechenden Verweilzeit (> 1a) garantiert Vorliegen eines genügend großen Hypolimnion (Quotient Hypo-/Epilimion > 1) Wassereinzugsgebiet mit einem hohen Waldanteil (> 50 %)
• Pegelschwankungen - Vergleich hoher und niedriger Pegel hoher Pegel: ausgeprägte Litoral-Gemeinschaft, stabile Ufervegetation Nährstofffixierung (Selbstreinigung) Schutz vor Erosion wertvolle Biotope, hohe Diversität niedriger Pegel: kein Wachstum von Makrophyten (emers, submers) Photosynthese nur durch Phytoplankton Erosion niedrige Diversität
• kurzfristige Steuerung: Stagnationsphase Entnahme des Rohwasser für die Trinkwasseraufbereitung aus dem oberen Hypolimnion Landschaftsnotwendige Mindestwasserabgabe (Wildbettabgabe) über den Grundablass
• landschaftsnotwendige Mindestabgabe geringe Sauerstoffkonzentration des Tiefenwassers werden im allgemeinen durch atmosphärischen Eintrag im Tosbecken schnell ausgeglichen die niedrigen Temperaturen des Tiefenwassers, welches auch im Sommer an den Unterlauf abgegeben wird, entsprechen nicht den Ansprüchen der natürlichen Fließgewässer-Lebensgemeinschaften bei der landschaftsnotwendigen Mindestabgabe müssen Kompromisse zwischen Talsperrenbewirtschaftung und Natur-/Landschaftsschutz eingegangen werden
• Hochwässer im Fall von Hochwässern wird es manchmal erforderlich, die Entnahmetiefe kurzfristig umzustellen, da Kurzschlussströmungen innerhalb von Stunden das Entnahmebauwerk erreichen können entscheidend für die Einschichtung der Zuläufe ist neben der elektrischen Leifähigkeit deren Temperatur anhand von Trübungs- und Temperaturmessung von Zuläufen und Talsperrenwasserkörper kann die Einschichtung gut verfolgt werden und mit der Rohwasserentnahme entsprechend ausgewichen werden
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• Erfassung des Ist-Zustands was sind die Quellen der Belastungen? auf welchem Weg gelangen die Belastungen in das Gewässer? welchen Einfluss können bisher vorgenommene EIngriffe in das Gewässersystem gehabt haben? Feststellung der Belastungssituation durch chmeische Analysen im Wasser der Zuflüsse und des Gewässers Untersuchungen im Sediment auf Mächtigkeit, Zusammensetzung, Altersstruktur, Mikroorganismen, etc. Limnologische Beurteilung ökologische Beurteilung der vorhandenen Tier- und Pflanzenwelt
• Definition des Soll-Zustands Tier- und Pflanzenbesatz Nährstoffgehalt Strömungsverhältnisse Wasserhaushalt wirtschaftliche Nutzung
• Verfahren zur Verbesserung der Wasserqualität hypolimnische Belüftung und Sauerstoffbegasung Lichtlimitierung Biomanipulation und Nahrungsnetzsteuerung
• mechanische Verfahren zur Verbesserung der Wasserqualität Entschlammung Sedimentkonditionierung Tiefenwasserableitung Frischwasserzuleitung Tiefenwasserbelüftung Zwangszirkulation / Lichtlimitierung Filterung, Adsorption Absetzbecken, Hydrozyklon
• Entkrautung die Entfernung von höheren Wasserpflanzen bewirkt auch eine Abnahme des Phosphorvorrates im Gewässer. Erfolgversprechend gegen eine übermäßige Verkrautung ist die Förderung von Armleuchtergewächsen, oder ein geringer Besatz mit Graskrapfen
• Tiefenwasserableitung Ableitung des Wassers mit dem höchsten Nährstoffgehalt aus dem Hypolimnion, je nach Geländeverhältnissen ohne oder mit Pumpen
• Destratifikation Ziel dieses Verfahrens ist es, für das Phytoplankton, also den frei schwimmenden Algen, schlechtere Bedingungen zu schaffen, da Starklichtformen (z.B. Blaualgen) in tiefere Schichten und Schwachlichtformen (z.B. Kieselalgen) in höhere Schichten bewegt werden
• Bekämpfung der Eutrophierung Zwangsdurchmischung des Wasserkörpers (Druckluft) intermittierende Durchmischung
• Tiefenwasserbelüftung Ziel: Verbesserung der Sauerstoffverhältnisse (Erhöhung Redoxpotenzial) im Tiefenwasser und am Sediment-Wasser-Kontaktbereich. Verhinderung anaerober Bedingungen im Wasser und im Sediment. Verhinderung von Nährstoff-, EIsen- und Manganrücklösungen sowie der Bildung von Ammonium und Schwefelwasserstoff Entnahme von O2-armem Wasser aus dem Hypolimnion, das nach Anreicherung mit Luftsauerstoff wieder dorthin gelangt, ohne die bestehende thermische Schichtung des Wasserkörpers zu zerstören ein alternatives Verfahren ist die Begasung des Tiefenwassers mit Reinsauerstoff die Begasung mit reinem Sauerstoff erfolgt über Schläuche am Gewässergrund. Ziel ist es, den Sauerstoff möglichst vollständig im Wasser zu lösen. Die Schichtungsverhältnisse können dadurch stabil gehalten werden mobile Baugruppen, flexibel einsetzbar in Havariefällen
• chemische Bekämpfung von ALgen pH-Schock gegen Geißelalgen (Anhebung des pH-Wertes; Wachstum dauerhaft gestoppt werden) Einsatz von Herbiziden (kein Präparat erfüllt Bedingungen: Ungiftigkeit für Fische und Fischmährtiere, selektive, aber nicht andauernde Wirkung und schnelle Abbaubarkeit; keine Rückstände in Fischen im Wasser oder Bodensediment)
• biologische Verfahren zur Bekämpfung von Algen Nahrungskettenmanipulation zur Verringerung von Algen-Massenentwicklungen (Bestandsregulierung der Raubfische) Förderung benthischer Filter (Suspensionsfresser (Muscheln) Erhöhung der Klarheit des Wassers durch erhöhte Bestandsdichte der Unterwasserpflanzen (Nährstoffkonkurrenten für Phytoplankton und Filter) Verringerung der Lichtdurchlässigkeit durch erhöhte Konzentration an mineralischen Trübstoffen (erhöhte Besatzdichte mit Karpfenfischen:  vor allem von wirbellosen Tieren des Bodensediments ernähren)
• Biomanipulation / Ökosystemsteuerung Ziel: Förderung des Fraßdruckes auf das Phytoplankton durch das Zooplankton, Erhöhung der Wassertransparenz, Senkung der internen P-Belastung Weg: "top down Steuerung" der Nahrungskette durch Aufbau eines gut strukturierten Raubfischbestandes, Erhöhung des Fraßdruckes auf zooplantivore Friedfische
• Erhöhung des P-Austrages Ableitung von Tiefenwasser (durch künstliche Ableitung wird erreicht, dass der P-Export im Vergleich zu einem oberflächlichen Ablauf steigt; dardurch Verringerung des P-Vorrat des gesamten Wasserkörpers) Verdünnung (Überleitung von phosphorarmem Wasser aus einem Anderen Einzugsgebiet)
• Maßnahmen zur verstärkten P-Fällung im Wasserkörper Einbringung von Aluminium- oder Eisensalzen
• Maßnahmen zur verstärkten P-Fällung Biogene Fällungsmechanismen (durch Photosynthese ausgelöste Kalkfällung -> gleichzeitiger Anstieg pH-Wert -> Veränderung des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht -> Kalzit wird ausgefällt -> Kalzit kann Teile des gelösten Phosphats und Phytoplanktons binden und durch Sedimentation aus der durchlichteten Zone entfernen Begünstigung planktischer Diatomeen (Kieselalgen) (diese Algen binden viel  Phosphat und transportieren es durch ihre starken Absinkverluste in das Bodensediment
• Probleme mit alten Staumauern keine Kontrollgänge vorhanden feuchte Stellen auf der Luftseite Verwitterung der Mauerkrone Deformationsmessungen nicht mehr verwertbar Durchlässiger Untergrund (aufgrund der damaligen unzureichenden Untergrundverpressungsmöglichkeiten) Nachweis der Standsicherheit bei Vollstau nicht mehr zu erbringen
• Instandsetzung von Staumauern Ziel ist es, die Talsperren für weitere 80 bis 100 Jahre voll funktionstüchtig zu erhalten
• Instandsetzung von Talsperren des "Intze-Prinzips" alte Mauer mit Ausgleichsschicht versehen Elastomer-Bitumen-Schweißbahn als gleitfähige Trennschicht 15 cm Kontrollschicht aus Lochziegeln mit Drainrohren Dichtwand (35 cm Stahlbeton B 35) auf der Wasserseite der Talsperre Kontrollgang am unteren Ende
• Maßnahmen zur ökologischen Verbesserung Verbesserung der Gewässerstruktur Verbesserung der Gewässergüte und -qualität Verbesserung des Biotop- und Artenschutzes Erholungsnutzung
• Maßnahmen zur Verbesserung der Gewässerstruktur Aufhebung von Gewässerverrohrung Beseitigen bzw. Umgestalten von (Fisch-) Teichanlagen Gestaltung und Pflege von Quellen Gestaltung und Pflege der Bachläufe und Auen Entschlammung Einrichtungen zusätzlicher Steuerungsvarianten z.B. durch Einbau zusätzlicher Armaturen

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