FuE Projekt »Quellstärke von DOC Austrägen aus Böden«

Zusammen mit der TU Dresden und der Bergakademie Freiberg wird eine Forschungs- und Entwicklungsprojekt zum DOC-Austrag im Einzugsgebiet der Talsperre Sosa durchgeführt. Ziel dieses Vorhabens ist es, durch ein verbessertes Prozessverständnis Hinweise zur flächenspezifischen Quellstärke von DOC exemplarisch für das Einzugsgebiet der besonders vom DOC-Anstieg betroffenen Talsperre Sosa darzulegen. Hierbei soll auch der jeweilige Beitrag von Mooren und anderen Nassstandorten, organischen Auflagehorizonten unter forstlicher Nutzung und weiteren C-haltigen Bodenhorizonten an den DOC-Austrägen erforscht und die jeweils maßgeblich darauf wirkenden Einflussgrößen dargestellt werden. Auf Grundlage des gewonnenen Prozessverständnisses richtet sich der Ausblick ferner darauf, künftig mechanistisch begründete Prognosen und langfristig auch Handlungsoptionen für das Problem der Einträge von organischer Substanz in Trinkwassertalsperren entwickeln zu können.

Laufende und geplante Forschungsarbeiten

Phase 1 von 10/2018 - 07/2023

Um die oben genannten Ziele zu erreichen, erfolgt eine differenzierte und detaillierte Betrachtung des Einzugsgebietes der Talsperre Sosa. Die Talsperre wird von zwei Zuflüssen (Kleine Bockau, Neudecker Bach) mit unterschiedlich hohen DOC-Konzentrationen gespeist und eignet sich darum gut zur Prozessforschung. Die Beprobung der Umweltkompartimente Boden und Wasser ermöglicht es, die Prozesse in den Medien selbst und an der Schnittstelle zwischen terrestrischem und aquatischem Kontinuum zur verfolgen. Dieses Monitoring wird mit Bodenmessplätzen und automatischen Probenehmern in Fließgewässern, die ereignisbezogen Gewässerproben entnehmen, realisiert. Im Fließgewässer erfolgt weiterhin die Überwachung des Durchflusses per Drucksonde im V-Wehr und der DOC Konzentration/-Qualität mittels Fluoreszenzsensor. Die Bodenmessplätze sind mit Messtechnik zur Erfassung der Bodentemperatur und Saugspannung sowie zur Beprobung von Sickerwasser (Humuslysimeter und Saugkerzen) ausgestattet. Messungen werden dabei in mehreren Horizonten durchgeführt, besondere Aufmerksamkeit wird der organischen Auflage gewidmet.
Ergänzend erfolgt die Erfassung meteorologischer Parameter. An der Klimastation, auf einer Freifläche im Untersuchungsgebiet, werden Globalstrahlung, Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und Niederschlag ermittelt. Zusätzlich misst eine Kippwaage den Niederschlag an jedem Bodenmessplatz.
Die Installation der Messtechnik an vier Standorten, die sich hinsichtlich des Feuchtgrades, der Nährstoffverfügbarkeit, des Reliefs, des Bodentyps und der Vegetation unterscheiden, ermöglicht es, Prozesse unter variierenden Umweltbedingungen zu erforschen. Im Detail werden organische Nassstandorte, terrestrische Standorte und mineralische Nassstandorte analysiert. Ergänzend zu den Freilandmessungen finden Laborversuche statt.

Ziel dieser Versuche und des Monitoings ist es, die Einflussgrößen und deren Wirkung auf die DOC-Austräge zu untersuchen und ein konzeptionelles Modell zu entwickeln.

Phase 2 von 08/2023 - 11/2026

Das in Phase 1 entwickelte konzeptionelle Modell zur DOC-Quellstärke gilt es weiter zu entwickeln. Die laufenden Feldversuche, sowie Laboranalysen werden fortgeführt und optimiert.

Weiterhin werden zwei Maßnahmen zur Verringerung steigender DOC-Einträge in Trinkwassertalsperren untersucht:

1. Verminderung der DOC-Entstehung, der Durchströmung und des damit einhergehenden DOC-Austrags aus dem von organischen Böden geprägten Flächenmosaik am Oberlauf des Neudecker Bachs

Skizze zum Aufbau der Maßnahme 1 — Skizze zum Versuchsaufbau der Maßnahme 1 zum Rückhalt DOC-reichen Wassers © TU Bergakademie Freiberg

2. Zwischenspeicherung des (dennoch anfallenden) DOC-reichen Wassers und nachfolgende Versickerung auf mineralischen Böden mit ausgeprägten DOC-Rückhalteeigenschaften zur DOC-Reduktion im oberflächennahen Sickerwasser im Unterlauf des Neudecker Bachs

Skizze zum Aufbau der Maßnahme 2 — Schematische Darstellung der Versuchsanlage der Maßnahme 2 für die Retention von DOC in Mineralböden © TU Bergakademie Freiberg

Abschlussbericht der Phase 1

Veröffentlichung in der LfULG-Schriftenreihe

Zusammenfassung des aktuellen Kenntnisstandes

In den letzten Jahrzehnten ist der Austrag von gelösten organischen Kohlenstoffverbindungen (DOC) aus Böden und dadurch auch die DOC-Konzentrationen in zahlreichen Oberflächengewässern in Sachsen angestiegen.
Dieser Trend hat auch sächsische Trinkwassertalsperren erreicht. Dort geraten die bestehenden technischen Möglichkeiten zur Entfernung des DOC bei der Trinkwasseraufbereitung an ihre Grenzen.
An der Talsperre Sosa finden daher seit 2019 umfangreiche wissenschaftliche Untersuchungen in den Böden und den Gewässern statt, die dazu beigetragen haben, dieses Phänomen genauer zu verstehen.
Die DOC-Konzentrationen in Böden und Gewässern weisen starke Schwankungen auf. Ein steigender Trend ist sowohl in den Mittelwerten als auch in den Maximal- und Minimalwerten ablesbar. Die DOC-Einträge werden sehr stark von Einzelereignissen wie der Schneeschmelze im Frühjahr oder Starkniederschlägen im Sommer bestimmt, durch welche sehr große Mengen an DOC in die Talsperre gelangen.
Es zeigte sich, dass Moore und andere humusreiche Nassstandorte in der Vergangenheit durch die Anlage zahlreicher Gräben stark und nachhaltig entwässert wurden. Dadurch finden bis heute Zersetzungsprozesse statt, die in großem Umfang DOC freisetzen. Auch aus den Humusauflagen im Wald werden große Mengen an DOC freigesetzt.
Neben der Freisetzung des DOC ist auch der Weitertransport des DOC in den Böden mit dem Wasser von Bedeutung. Kann das DOC-reiche Wasser in tiefere mineralische Bodenschichten versickern, wird das DOC durch die Filterfunktion dort effektiv zurückgehalten. Hingegen führt ein schneller, oberflächennaher Abfluss das DOC fast unverändert dem nächsten Graben, Gewässer und letztlich der Talsperre zu.
Die Wiedervernässung von Mooren wird auch als eine potentiell wirkungsvolle Maßnahme zur Minderung der DOC-Freisetzung gesehen. Darüber hinaus unterstützt diese Maßnahme die Ziele des Klima- und Naturschutzes.