Langzeitmodellierung der Gewässergüte in der Elbe mit Fokus auf die Sauerstoffbilanz im Ästuar

摘要

Das eindimensionale Gewässergütemodell QSim wird für den deutschen Teil der Elbe einschließlich ihres Ästuars (km 0 bis 727) angewendet. Durch den Vergleich von Simulations- und Messergebnissen wird eine Validierung für das Modell gezeigt. Mit der Berechnung der Gewässergüte für den 585 km langen Flusslauf der Flbe wird ein konsistentes Fingangssignal für das Ästuar erzeugt, um damit den Sauerstoffhaushalt und die Entwicklung des Phytoplanktons im Bereich des Hamburger Hafens und der Seeschifffahrtsstraße mit seinen großen mittleren Wassertiefen (> 10 m) zu modellieren. Die Simulationen für das Jahr 2006 zeigen, dass in der Vegetationsperiode von Mai bis Oktober hohe Algenbiomassen von im Mittel etwa 150 μg chla 1~(-1) im flachen und eutrophen Flussabschnitt der Elbe produziert werden. Diese hohe Primärproduktion führt auch zu deutlichen Sauerstoffübersättigungen auf der Flussstrecke. Im anschließenden limnischen Abschnitt des Elbe-Ästuars gehen dann die Algengehalte deutlich zurück. Parallel dazu treten Sauerstoffdefizite auf. Die Analyse der Modellergebnisse bezüglich des Rückgangs der Algen zeigt, dass das Netto-Algenwachstum in den tiefen Abschnitten des Ästuars aufgrund der Lichtlimitierung negative Raten annimmt und gleichzeitig starke Verluste durch den Wegfraß durch das Zooplankton (Saisonmittel von 0,5 pro Tag) auftreten. Der Eintrag von lebenden Algen und leicht abbaubaren algenbürtigen Kohlenstoffstoffverbindungen aus dem Fluss in das Ästuar führt im Sommer zu heterotrophen Bedingungen im F.lbe-Ästuar und als Folge zu Sauerstoffdefiziten. Mit dem großskaligen eindimensionalen Modellansatz werden zudem für einen 13-jährigen Zeitraum (1998-2010) die Wassertemperatur, das Phytoplankton und der Sauerstoff für den Flusslauf und das Ästuar simuliert und validiert. Darüber hinaus werden neue Entwicklungen vorgestellt, wie das Modell QSim mit mehrdimensionalen hydrodynamischen Modellen offline gekoppelt und betrieben werden kann. Für ein Testgebiet wird die horizontale Verteilung der Wassertemperatur in einem durch Nebenrinnen charakterisierten Abschnitt des Ästuars simuliert und mit Beobachtungswerten verglichen.