Studie zur Schadstoffbelastung der Sedimente im Elbeeinzugsgebiet Ursachen und Trends Überreicht vom Beratungszentrum für Integriertes Sedimentmanagement an der TUHH Dezember 2005 Foto: Elbe bei Boizenburg 2002 (René Schwartz) Diese Studie wurde erstellt im Auftrag der Hamburg Port Authority Bearbeitung: Susanne Heise1, Evelyn Claus2, Peter Heininger2, Thomas Krämer2, Frank Krüger3, René Schwartz4 & Ulrich Förstner4 1: Beratungszentrum für Integriertes Sedimentmanagement, Eißendorfer Str. 40, D-21071 Hamburg 2: Bundesanstalt für Gewässerkunde, Am Mainzer Tor 1, D-56068 Koblenz 3: Fa. ELANA - Boden, Wasser, Monitoring, Dorfstr. 55, D-39615 Falkenberg 4: Technische Universität Hamburg-Harburg, Eißendorfer Str. 40, D-21071 Hamburg 2 Inhaltsangabe I SHRNUTÍ (Zusammenfassung auf tschechisch) ...............................................................................................................I-1 II SUMMARY (Zusammenfassung auf englisch)..................................................................................................................II-1 1 ZUSAMMENFASSUNG.........................................................................................................................................................1 1.1. SEDIMENTE ALS BESTANDTEIL DES FLUSSGEBIETSMANAGEMENTS ......................................................................................1 1.2. ANSATZ DIESER STUDIE ......................................................................................................................................................2 1.3. ERGEBNISSE DER STUDIE ....................................................................................................................................................4 1.3.1. Substances of Concern.................................................................................................................................................4 1.3.2. Areas of Concern .........................................................................................................................................................6 1.3.3. Areas of Risk – Eine Herausforderung für die Elbe.....................................................................................................8 1.4. AUSBLICK.........................................................................................................................................................................10 2 EINLEITUNG .......................................................................................................................................................................11 3 ZIELSETZUNG UND KONZEPT DER STUDIE .............................................................................................................15 3.1. ZIELSETZUNG ...................................................................................................................................................................15 3.2. KONZEPT DER STUDIE .......................................................................................................................................................15 4 ÜBERBLICK ÜBER DIE SITUATION IM ELBEEINZUGSGEBIET ...........................................................................18 4.1. DAS EINZUGSGEBIET DER ELBE UND IHRER NEBENFLÜSSE ................................................................................................18 4.2. ÜBERSICHT ÜBER ANTHROPOGENE NUTZUNGEN UND SCHADSTOFFEINTRÄGE IM ELBEEINZUGSGEBIET...............................20 4.3. PUNKTUELLE EINLEITUNGEN IM ELBEEINZUGSGEBIET.......................................................................................................23 4.4. DIFFUSE QUELLEN IM ELBEEINZUGSGEBIET ......................................................................................................................26 4.5. SEDIMENTQUALITÄTSKRITERIEN IM ELBEEINZUGSGEBIET..................................................................................................26 4.5.1. Allgemeines................................................................................................................................................................26 4.5.2. Im Elbeeinzugsgebiet angewandte Sedimentqualitätsrichtlinien ...............................................................................27 5 DATENGRUNDLAGE FÜR PARTIKELGEBUNDENE SCHADSTOFFE IM ELBEEINZUGSGEBIET................34 5.1. ERFASSUNG VON URSACHEN UND TRENDS PARTIKELGEBUNDENER SCHADSTOFFBELASTUNGEN.........................................34 5.1.1. Vorteile von Feststoffanalysen...................................................................................................................................34 5.1.2. Zielsetzungen für Feststoffuntersuchungen in der Wasserwirtschaft .........................................................................34 5.1.3. Schwebstoff- und Sedimentuntersuchungen im Gewässergüte-Monitoring................................................................35 5.1.4. Faktorenanalyse für partikelgebundene Schadstoffe .................................................................................................36 5.1.5. Untersuchungenstrategien in der vorliegenden Studie ..............................................................................................36 5.2. QUALITÄTSSICHERUNG BEI DER UNTERSUCHUNG VON SCHWEBSTOFF- UND SEDIMENTPROBEN..........................................37 5.2.1. Mängel bei den Daten für flussgebietsübergreifende Bewertungen der Gewässergüte .............................................37 5.2.2. Das Konzept der Rückverfolgbarkeit für verschiedene Sedimenteigenschaften.........................................................37 5.2.3. Rückverfolgbarkeit bei der Erfassung von schadstoffbelasteten Sedimenten.............................................................38 5.2.4. Rückverfolgbarkeit bei der Gefährdungsabschätzung von kontaminierten Feststoffen .............................................39 5.2.5. Rückverfolgbarkeit bei der Prognose von Auswirkungen resuspendierter Sedimente ...............................................40 5.2.6. Qualitätssicherung von Sedimentdaten in zwei Elbe-Verbundprojekten des BMBF..................................................41 5.3. SEDIMENTE UND SCHWEBSTOFFE IN DER EUROPÄISCHEN WASSERRAHMENRICHTLINIE ......................................................42 5.3.1. Analyse und Monitoring von prioritären Substanzen in Schwebstoffen und Sedimenten...........................................42 3 5.3.2. Metall-Background Referenzkonzentrationen (BRCs) ...............................................................................................42 5.3.3. Freisetzung prioritärer Schadstoffe aus historisch kontaminierten Sedimenten........................................................43 5.4. DATENSÄTZE DIESER STUDIE ............................................................................................................................................44 5.5. DATENGRUNDLAGEN ZUR HYDRODYNAMIK VON FESTSTOFFEN IM ELBEEINZUGSGEBIET ...................................................49 5.5.1. Morpho- und Hydrodynamik im Längsschnitt der Elbe.............................................................................................49 5.5.2. Bedeutung der Nebenflüsse für den Feststoffhaushalt der Elbe.................................................................................50 5.5.3. Einfluss der Wasserführung auf die Metallgehalte in Elbe und Saale .......................................................................51 5.5.4. Hydrodynamische Analyse von Buhnenfeldern der Mittelelbe...................................................................................52 5.5.5. Laborexperimente zur Erosionsstabilität von Elbsedimenten....................................................................................52 5.6. KONTAMINIERTE FESTSTOFFE IM ELBEEINZUGSGEBIET – WEITERE DATEN, DEFIZITE.........................................................54 5.6.1. Weitere Datensätze zu kontaminierten Feststoffen im Elbeeinzugsgebiet..................................................................54 5.6.2. Regionale Datenlücken – Schadstoffbilanzen im Bereich des früheren Uranerzbergbau..........................................55 5.7. KONTAMINIERTE FESTSTOFFE IM FLUSSGEBIETSMAßSTAB – DATENSCHWERPUNKTE..........................................................56 5.7.1. Zielvorgaben für Immissionswerte.............................................................................................................................56 5.7.2. Transmission – abflussabhängige Konzentrations- und Frachtdaten........................................................................57 5.7.3. Emissionsdaten – Bestandsaufnahmen in den ‚Areas of Concern’ ............................................................................57 6 IDENTIFIZIERUNG DER RELEVANTEN SCHADSTOFFE (SUBSTANCES OF CONCERN) ...............................58 6.1. HERANGEHENSWEISE ........................................................................................................................................................58 6.2. QUALITATIVE BEURTEILUNG DER IM ELBEEINZUGSGEBIET RELEVANTEN SCHADSTOFFE ....................................................58 6.3. QUANTITATIVE BEURTEILUNG DER SCHADSTOFFE IN BEZUG AUF GEMESSENE SEDIMENT- UND SCHWEBSTOFFKONZENTRATIONEN IM HAMBURGER HAFEN IM VERGLEICH ZU DEN ZIELVORGABEN DER IKSE UND ARGE-ELBE (SCHUTZGUT AQUATISCHE LEBENSGEMEINSCHAFTEN)..................................................................................................................61