30 grenztemperatur (toleranzgrenze ......jahresgang maximal- temperatur c symposium zur begleitung...
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Symposium zur Begleitung der Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie in NRW 17. April 2013 Oberhausen
Ableitung von
Temperaturanforderungen
Grundlagen für die Ableitung gewässertypspezifischer Temperaturanforderungen für wärmebelastete
Fließgewässer in Nordrhein-Westfalen
Prof. Dr.-Ing. André Niemann, Timo Wortberg (Universität Duisburg-Essen), Jan Lackemann, Dr. Andreas Hoffmann (BuGeFi), Hans-Peter Henter (Planungsbüro Koenzen),
Dr. Clemens Ochmann (VertUm GmbH), Dr. Detlev Ingendahl (MKULNV)
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1
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Was
sert
emp
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ur
( C
)
Temperaturfenster (Literatur)
Lethal- und Entwicklungsgrenzen Bachforelle und Äsche
Grenztemperatur (Toleranzgrenze)
Quelle: EG/LV
Symposium zur Begleitung der Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie in NRW 17. April 2013 Oberhausen
Ableitung von
Temperaturanforderungen
Universität Duisburg-Essen (Wasserbau und Wasserwirtschaft) Hr. Prof. Dr. Niemann, Hr. Wortberg Büro für Umweltplanung, Gewässermanagement und Fischerei (PL) Hr. Dr. Hoffmann, Hr. Lackemann, Fr. Böckmann, Fr. Heermann, Fr. Oschika
Planungsbüro Koenzen Hr. Dr. Koenzen, Hr. Henter, Hr. Döbbelt-Grüne, Hr. Rittner VertUm GmbH (Kraftwerktechnik) Hr. Dr. Ochmann, Hr. Horschig Ludwig Maximilian Universität München (Lehrstuhl für Statistik) Hr. Prof. Dr. Kauermann, Hr. Dr. Windmann
Auftraggeber: NRW Umweltministerium, Projektleiter Dr. rer. nat. Detlev Ingendahl
Bearbeitung:
Symposium zur Begleitung der Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie in NRW 17. April 2013 Oberhausen
Ableitung von
Temperaturanforderungen
Veranlassung und Ziele des Vorhabens
Anforderungen der Fischfauna in den Gewässern
Wärmebelastungssituation der Fließgewässer in NRW
Ableitung von Anforderungen und Ergebnisse
Symposium zur Begleitung der Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie in NRW 17. April 2013 Oberhausen
Ableitung von
Temperaturanforderungen
Veranlassung des Vorhabens
• Auslaufen der aktuellen Fischgewässerverordnung im Dezember 2013. Es ist eine Überarbeitung der Kriterien für die Temperaturbelastung im Sinne der OGewVo erforderlich
• Bislang: Festlegung von Aufwärmspannen und Maximaltemperaturen für Cypriniden- und Salmonidengewässer
• Daraus resultierende Defizite aus Sicht der Fischfauna: - keine Berücksichtigung von Jahreszeiten, und damit - keine Berücksichtigung von Laich- und Ruhezeiten
Symposium zur Begleitung der Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie in NRW 17. April 2013 Oberhausen
Ableitung von
Temperaturanforderungen
Ziele des Vorhabens
• Schaffung einer wissenschaftlich abgesicherten Grundlage für die OGewV
• Gewähltes Vorgehen: Ableitung von Schwellenwerten aus der Biologie (Fischfauna)
• Aufzeigen des Handlungsbedarfs inkl. der Nennung von Empfehlungen für den Stand der Technik bei Wärmebelastungen
• Formulierung von Hinweisen für die Bewirtschaftung
Symposium zur Begleitung der Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie in NRW 17. April 2013 Oberhausen
Ableitung von
Temperaturanforderungen
Beispiel: Entwicklungszyklus der Bachforelle
Laichzeit (Adult Phase)
Embryonal Phase
Larval Phase
Juvenil Phase
Ableitung von
Temperaturanforderungen
Entwicklung der Bachforelle:
Vergleich der Entwicklung mit Literaturangaben (Wupperprojekt)
Ok
t
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Ap
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Ju
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Ju
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Au
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06/07
07/08
08/09
09/10
10/11
Literatur
Ok
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No
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Ja
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Ap
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n
Ju
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06/07
07/08
08/09
09/10
10/11
Ja
hr
Laichzeit
Eientwicklung bis Augenpunktstadium
Augenpunktstadium bis Schlupf
Larve
Brütling
Symposium zur Begleitung der Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie in NRW 17. April 2013 Oberhausen
Ableitung von
Temperaturanforderungen
Formulierung von Temperaturanforderungen in NRW
Maximal-
temperat
Aufwärm-
spanne
Maximal-
temperatu
Aufwärm-
spanne
Maximal-
temperatur
Aufwärm-
spanne
°C K °C K °C K
28 3
28 3
25 3
21,5 1,5
21,5 1,5
20 1,5
3
Maximal-temperaturen
im Jahresverlauf
ableiten,
Ziel: Guter
ökologischer Zustand
der Fischfauna
25 3 21,5 1,5
28
Überprüfung der
Temperatur-
kategorien der
OGewV
Gruppierung der
Fischgewässertypen
nach Ähnlichkeit der
Temperatur-
anforderungen
Gewässer-
artFischregion
28 5
Empfehlender
Charakter, im
wasserwirtschaftlich
en Vollzug bewährt
Nur z. T. so in
Landesrecht
übernommen. Läuft
aus am 22.12.2013
Kein gesetzlicher Grenzwert,
wird aber bei der Bewertung
des GÖZ unterstützend
hinzugezogen
Neu: Berücksichtigung von
Laichzeit und
Entwicklungsstadien
Allgemeine
Güteanforderungen
für Fließgewässer
(AGA)
Angaben der EU
(EG-Fischgewässer-
qualitäts-
-Richtlinie vom
6.9.2006)
Orientierungswert guter
ökologischer Zustand
(OGewV, Anlage 6)
Immissionsseitige
Anforderungen für einen
Wassertemperatur-
Jahresgang
Maximal-
temperatur
°C
Symposium zur Begleitung der Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie in NRW 17. April 2013 Oberhausen
Ableitung von
Temperaturanforderungen
Belastungen aus Wärmeeinleitungen
Für die Beurteilung der Belastung aus thermischen Einleitungen wurden die verschiedenen Einleitungstypen in NRW betrachtet:
• Einleitungen durch Kraftwerke
• Einleitungen durch industrielle Direkteinleiter
• Einleitungen durch kommunale Kläranlagen
• Einleitungen von Gruben- und Sümpfungswasser
Quelle: EG/LV Quelle: EG/LV Quelle: EG/LV
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Ableitung von
Temperaturanforderungen
Einleitungssituation in die Gewässer in NRW
• 647 kommunale Kläranlagen (Quelle: NIKLAS-KOM)
• 798 Direkteinleitungen aus Industrie und Gewerbe (Quelle: NIKLAS-IGL)
• 46 Kraftwerke mit einer Bruttoleistung von mindestens 100 MW (Quelle: LANUV)
• 36 Einleitungen von Gruben- und Sümpfungswasser (Quelle: LANUV, WRRL Bestandsaufnahme)
Quelle: Google Maps
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Ableitung von
Temperaturanforderungen
Kraftwerke in NRW (Einteilung in Leistung MW elektr.)
Insgesamt installierte Kraftwerksleistung in NRW: 38.000 MW (Energie Agentur NRW)
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Ableitung von
Temperaturanforderungen
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Ableitung von
Temperaturanforderungen
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Ableitung von
Temperaturanforderungen
Vorgehen: Ermittlung der generellen Anforderungen aus der Fischfauna heraus
Temperaturbereich ? ?
UILT (Upper incipient lethal temperature) bzw. LILT (Lower …): Gewöhnungstemperaturabhängige Letaltemperatur (50 % Mortalität)
Recherche und Analyse von Literaturwerten
Symposium zur Begleitung der Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie in NRW 17. April 2013 Oberhausen
Ableitung von
Temperaturanforderungen
Ergebnisse der Recherche und Grundlagenauswertung
• Sichtung und Bewertung von insgesamt 364 Literaturquellen
• Analyse von Literatur zu circa 50 Fischarten in NRW
• Statistische Bewertung des Jahresverlaufs unter Berücksichtigung der Wachstumsstadien
• Literaturauswertung war erste Grundlage einer Ableitung (Diese wird aktuell weiterentwickelt und vertieft)
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Ableitung von
Temperaturanforderungen
Gewählte Vorgehensweise: Auswertung von Realdaten
• Grundlage:
– Temperaturdaten verschiedener Messstellen in NRW (77 Messstellen)
– Fischdaten aus dem Monitoring der WRRL, weiteren Befischungsdaten,
„Expertenwissen“
– Fragestellung: Bis zu welchem Temperaturverlauf gibt es in NRW
Gewässerabschnitte in denen Arten in „guten Beständen“ vorkommen?
D.h. Anzahl der Individuen übertrifft artspezifischen Mindestwert und
Jungfischanteil zwischen 10 und 90 %
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2010, N = 340, n = 1
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Ableitung von
Temperaturanforderungen
Temperaturmessstellen des LANUV
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Ableitung von
Temperaturanforderungen
Gewählte Vorgehensweise: Auswertung von Realdaten
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J F M A M J J A S O N D
Wa
ss
ert
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r (
C)
Sinusregression Jahresgang 2010
90% Wertebereich Jahresgang 2009
Sinusregression mit 90% Intervall am Beispiel der Lippe, Pegel Wesel
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Ableitung von
Temperaturanforderungen
Fischgewässertypisierte Schwellenwerte
mit: θi = oberer Schwellenwert der Fischart i hi = Dominanzanteil der Fischart i im Referenzzustand θ = Schwellenwert des betrachteten Fischgewässertyps
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J F M A M J J A S O N D
Wa
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em
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r (
C
)
oberer Forellentyp Börde
Koppe (25%) Bachforelle (30%)
Dreistachliger Stichling (39,2%) Schwellenwert FiGt_07 (94,2%)
𝜃 = ℎ𝑖 ∙ 𝜃𝑖𝑛𝑖=1
ℎ𝑖𝑛𝑖=1
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Ableitung von
Temperaturanforderungen
Aggregation zu Fischgewässertypengruppen • Gruppen ähneln
Fischregionen
• Basierend auf ähnlichen Temperaturanforderungen erfolgt eine Bündelung der einzelnen FiGt. zu Gruppen
• Ergebnis sind Schwellenwerte im Jahresverlauf
FiGt-Nr.
FiGt_01
FiGt_03
FiGt_02
FiGt_04
FiGt_22
FiGt_08
FiGt_07
FiGt_05
FiGt_13
FiGt_06
FiGt_09
FiGt_14
FiGt_10
FiGt_28
FiGt_25
FiGt_29a
FiGt_23
FiGt_16
FiGt_17
FiGt_20
FiGt_21
FiGt_11
FiGt_12
FiGt_26
FiGt_27
FiGt_15
FiGt_29b
FiGt_24
FiGt_30a*
FiGt_19
FiGt_30b*
FiGt_30c*
FiGt_18
E Rot
Fischgewasser-
typengruppe
F Violett
G Orange
C Blau
A Schwarz
B Grau
D Grün
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Sc
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C
)
Monate
FiGt_01 FiGt_02
FiGt_03 FiGt_04
FiGt_05 FiGt_06
FiGt_07 FiGt_08
FiGt_09 FiGt_10
FiGt_11 FiGt_12
FiGt_13 FiGt_14
FiGt_15 FiGt_16
FiGt_17 FiGt_18
FiGt_19 FiGt_20
FiGt_21 FiGt_22
FiGt_23 FiGt_24
FiGt_25 FiGt_26
FiGt_27 FiGt_28
FiGt_29a FiGt_29b
FiGt_30a FiGt_30b
FiGt_30c
Gruppe E „Forellentypen“
Beispiel:
Bildung von 7 Gruppen
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Ableitung von
Temperaturanforderungen
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Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
Wa
ss
ert
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pe
ratu
r (
C
)FiGt-Gruppe A FiGt-Gruppe B FiGt-Gruppe C FiGt-Gruppe D
FiGt-Gruppe E FiGt-Gruppe F FiGt-Gruppe G
Schwellenwerte der Fischgewässertypengruppen
• Gestufte Schwellenwerte durch Mittelwertbildung dienen der besseren Handhabbarkeit bei der Überwachung von thermischen Belastungen
• Die Schwellenwertbildung erfolgt generell auf monatlicher Basis, Ausnahme sind Monate mit starken Anstieg oder Abfall der Schwellenwerte zwei Schwellenwerte pro Monat.
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Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
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em
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C
)
FiGt-Gruppe A FiGt-Gruppe B FiGt-Gruppe C FiGt-Gruppe D
FiGt-Gruppe E FiGt-Gruppe F FiGt-Gruppe G
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Ableitung von
Temperaturanforderungen
Ausblick: Formulierung der Ergebnisse und Erstellung einer Handreichung zum Einsatz im wasserwirtschaftlichen Vollzug (in Vorbereitung)
Inhalt:
Vorgehensweise
Belastungen aus Wärmeeinleitungen in NRW
Grundlagen und Schwellenwerte für die Fischfauna
Empfehlungen für den wasserwirtschaftlichen Vollzug und die Bewirtschaftung
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Ableitung von
Temperaturanforderungen
Beispiele für die Berücksichtigung von Temperaturanforderungen im Rahmen der Bewirtschaftung in NRW - Lippe
Beispiel:
Wärmelastplan Lippe
Quelle: EG/LV
Quelle: Lippeverband
Quelle: Lippeverband
Anwendung von weitergehenden Bewirtschaftungsinstrumenten (intensiviertes Monitoring und Einsatz von Gewässergütemodellen)
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Ableitung von
Temperaturanforderungen
Beispiele für die Berücksichtigung von Temperaturanforderungen im Rahmen der Bewirtschaftung in NRW - Erft
Beispiel:
Temperaturmanagement in der Erft
Quelle: Erftverband
Anwendung von weitergehenden Bewirtschaftungsinstrumenten (intensiviertes Monitoring und Einsatz von Gewässergütemodellen)
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Ableitung von
Temperaturanforderungen
Zusammenfassung
• Die auslaufende Fischgewässerqualitätsrichtlinie bedingt eine Konkretisierung der Anforderungen in der OGewVo
• Es erfolgte eine umfassende Recherche zu den Temperaturanforderungen der Fischfauna als Grundlage für die Formulierung von Schwellenwerten
• Es wurden daraus jahreszeitlich variierende Schwellenwerte für die individuellen Fischgewässertypen erarbeitet. Die Fischgewässertypen wurden bei ähnlichen Anforderungen in sieben Fischgewässertypengruppen zusammengefasst. Die Datengrundlage wird weiter fortgeschrieben.
• Die Ergebnisse diese Projektes bieten eine Grundlage für die weitere detailliertere Betrachtung der Temperaturansprüche der heimische Fischarten und die Zielerreichung gemäß WRRL. In einer Handreichung erfolgt die Formulierung von Empfehlungen für den Umgang im wasserwirtschaftlichen Vollzug
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Ableitung von
Temperaturanforderungen
Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit