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Digital GreenTech 2 - DIWA: Digitale, vernetzte und interaktive Wasserqualitätsüberwachung, ein Konzept für autonome Frühwarnsysteme zum Gewässerschutz

Grundwasserbeschaffenheit

<p> <p>Eine gute Qualität des Grundwassers ist lebensnotwendig. Ziel des Grundwasserschutzes ist es, diese Ressource vor Verunreinigung zu schützen und verunreinigte Grundwasservorkommen zu sanieren.</p> </p><p>Eine gute Qualität des Grundwassers ist lebensnotwendig. Ziel des Grundwasserschutzes ist es, diese Ressource vor Verunreinigung zu schützen und verunreinigte Grundwasservorkommen zu sanieren.</p><p> Nitrat im Grundwasser <p>Die Belastung des Grundwassers mit Nitrat ist die häufigste Ursache dafür, dass Grundwasserkörper in einem schlechten chemischen Zustand sind. Erhöhte Nitratgehalte beeinträchtigen die Ökologie der Gewässer sowie die Trinkwasserqualität und können zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen. Die Höhe der Nitratkonzentration hängt von mehreren Faktoren ab. Von größter Bedeutung sind die Belastungen durch die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/landnutzung">Landnutzung</a> im <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/einzugsgebiet">Einzugsgebiet</a> von Messstellen. Daneben spielen die regionalen hydrogeologischen Bedingungen, wie Grundwasserflurabstand und Fließgeschwindigkeit, sowie die hydrochemischen Bedingungen im Untergrund eine wichtige Rolle.</p> <p>Die Bundesländer überwachen mit landeseigenen Messnetzen den Grundwasserzustand. Für die regelmäßige Berichterstattung an die Europäische Umweltagentur (EUA) über den Zustand des Grundwassers in Deutschland wurden von den Bundesländern repräsentative Messstellen ausgewählt und zu einem Grundwasserbeschaffenheitsmessnetz (EUA-Grundwassermessnetz) zusammengefasst. Dieses Messnetz ist 2015/2016 überarbeitet worden. Es wurde von ca. 800 auf jetzt ca. 1.200 Messstellen erweitert. Der Parameter „Nitrat“ wird an allen Messstellen regelmäßig untersucht. Der Nitratbericht der Bund-/Länderarbeitsgemeinschaft (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/lawa-0">LAWA</a>) erscheint alle 4 Jahre.</p> <p>In verschiedenen Gesetzen und Verordnungen wurden der Grenzwert sowie Maßnahmen zur Verminderung der Nitratbelastung im Grundwasser festgelegt:</p> <ul> <li>1991: Zum Schutz des Grundwassers in Regionen mit intensiver landwirtschaftlicher Nutzung hat die Europäische Union (EU) im Jahr 1991 die EU-<a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?qid=1571646518096&amp;uri=CELEX:31991L0676">Nitratrichtlinie</a> (91/676/EWG) erlassen. Die Richtlinie hat das Ziel, Verunreinigungen des Grundwassers durch landwirtschaftliche Nitrateinträge zu vermeiden. Regierungen müssen Aktionsprogramme entwickeln, um Nitratgehalte über 50 mg/l zu verhindern.&nbsp;Das zentrale Element zur Umsetzung der EU-Nitratrichtlinie in Deutschland ist die <a href="https://www.gesetze-im-internet.de/d_v_2017/BJNR130510017.html">Düngeverordnung</a>. Diese definiert „die gute fachliche Praxis der Düngung“ und gibt vor, wie die mit der Düngung verbundenen Risiken zu minimieren sind. Sie ist wesentlicher Bestandteil des nationalen Aktionsprogramms zur Umsetzung der EU-Nitratrichtlinie. 1998:</li> <li>Die Europäische Union (EU) machte im Jahr 1998 einen Nitratgrenzwert von 50 Milligramm pro Liter (mg/l) im Trinkwasser mit der <a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?qid=1571646280681&amp;uri=CELEX:31998L0083">EU-Trinkwasserrichtlinie</a> für alle EU-Staaten verbindlich. Mit der <a href="https://www.gesetze-im-internet.de/trinkwv_2023/">Trinkwasserverordnung </a>wurde dies in nationales Recht umgesetzt.</li> <li>2000: <a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?qid=1571645871128&amp;uri=CELEX:32000L0060">Wasserrahmenrichtlinie </a>(WRRL) (Richtlinie 2000/60/EG), Ziel der WRRL ist der gute Zustand aller Gewässer.</li> <li>2006: Bewertungsgrundlage für den chemischen und mengenmäßigen Zustand des Grundwassers ist die <a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?qid=1571646379639&amp;uri=CELEX:32006L0118">EU-Grundwasserrichtlinie</a> (GWRL) aus dem Jahr 2006. Die EU-Richtlinie wurde im Oktober 2010 in nationales Recht umgesetzt: Grundwasserverordnung. Enthält Grundwasser innerhalb eines Grundwasserkörpers mehr als 50 mg/l Nitrat und ist davon ein signifikanter Flächenanteil (i.d.R. mehr als 20%) betroffen, müssen die EU-Mitgliedsstaaten seinen chemischen Zustand als „schlecht“ einstufen.</li> </ul> <p>Rückwirkend erfolgte die Auswertung der Daten zum Nitratgehalt im Jahr 2024 an 1.147 Messstellen des EUA-Messnetzes. 47,0 % aller Messstellen waren nicht oder nur geringfügig belastet, da der Nitratgehalt zwischen 0 und 10 mg/l lag. Bei 37,4 % der Messstellen lag der Nitratgehalt zwischen zehn und fünfzig mg/l. Diese Messstellen waren deutlich bis stark mit Nitrat belastet. Die übrigen 15,7 % der Messstellen enthielten zum Teil deutlich mehr als 50 mg/l Nitrat. Dieses Grundwasser kann nicht ohne weiteres zur Trinkwassergewinnung genutzt werden, da es den Grenzwert der&nbsp;<a href="https://www.bundesgesundheitsministerium.de/service/begriffe-von-a-z/t/trinkwasser.html">Trinkwasserverordnung</a> von 50 mg Nitrat pro Liter überschritt (siehe Abb. „Verteilung der Nitratkonzentration im EUA-Grundwassermessnetz 2024“).&nbsp;</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/Abbildung1_1.png"> </a> <strong> Verteilung der Nitratkonzentration im EU-Grundwassermessnetz 2024 </strong> Quelle: Umweltbundesamt 2026 nach Angaben der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser LAWA Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/2_Abb_Verteil-Nitratkonz-EUA-Grundwassermessnetz_2026-02-09.pdf">Diagramm als PDF (124,45 kB)</a></li> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/2_Abb_Verteil-Nitratkonz-EUA-Grundwassermessnetz_2026-02-09_0.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten (25,26 kB)</a></li> </ul> </p><p> Nitratbelastung des Grundwassers unter landwirtschaftlich genutzten Flächen <p>Das EUA-Messnetz ist so angelegt, dass es den Einfluss der verschiedenen Landnutzungen wie Acker, Grünland, Siedlung und Wald auf die Beschaffenheit des Grundwassers in Deutschland repräsentativ abbilden soll. Die Zahl der ausgewählten Messstellen spiegelt die Verteilung der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/landnutzung">Landnutzung</a> in Deutschland wider.&nbsp;</p> <p>Messstellen des EUA-Messnetzes, die durch eine überwiegend landwirtschaftliche Nutzung geprägt sind, werden für die Berichte Deutschlands zur Nitratrichtlinie verwendet. Ziel ist es, die Belastung des Grundwassers mit Nitrat aus landwirtschaftlichen Quellen abzubilden. Die Messergebnisse zeigen, dass die Nitratbelastung des Grundwassers unter landwirtschaftlich genutzten Flächen höher ist, als unter Wald- oder Siedlungsflächen.&nbsp;Der Anteil der Messstellen, an denen eine Nitratkonzentration von 50 Milligramm pro Liter (mg/l) überschritten wurde, liegt im aktuellen Erhebungszeitraum (2020-2022) mit 25,6 % rund neun Prozentpunkte höher, als bei den Messstellen, die alle Landnutzungen repräsentieren (EUA-Messnetz, 2024). Im Vergleich der beiden letzten Berichtsperioden des Nitratberichts (2016-2019 und 2020-2022) hat sich die Nitratbelastung an den landwirtschaftlich beeinflussten Messstellen nur geringfügig verbessert. Der Anteil der Messstellen mit Überschreitungen sank im Vergleich der Berichtsperioden von 26,6 % um rund einen Prozentpunkt. (siehe Abb. „Entwicklung der mittleren Nitratgehalte im EU-Nitratmessnetz 2019-2019 und 2020-2022“).</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/3_abb_entw-mittl-nitratgeh-neuen-eu-nitratmessnetz_2024-08-22.png"> </a> <strong> Entwicklung der mittleren Nitratgehalte im neuen EU-Nitratmessnetz </strong> Quelle: Umweltbundesamt 2024 nach Angaben der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/3_abb_entw-mittl-nitratgeh-neuen-eu-nitratmessnetz_2024-08-22.pdf">Diagramm als PDF (317,10 kB)</a></li> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/3_abb_entw-mittl-nitratgeh-neuen-eu-nitratmessnetz_2024-08-22.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten (25,92 kB)</a></li> </ul> </p><p> Pflanzenschutzmittel im Grundwasser <p>Die Belastung des Grundwassers mit Pflanzenschutzmittelwirkstoffen und mit deren relevanten und nicht relevanten Metaboliten wird auf der folgender Datenseite thematisiert: <a href="https://www.umweltbundesamt.de/node/40614#zugelassene-pflanzenschutzmittel">https://www.umweltbundesamt.de/node/40614#zugelassene-pflanzenschutzmittel</a>&nbsp;</p> </p><p> </p><p>Informationen für...</p>

Europäische Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL): Ursachen für die Nichterreichung des guten Zustands der Oberflächenwasserkörper (OWK), Bewirtschaftungszyklus 2009-2015

Die Karten enthalten Informationen über Ursachen für die Nichterreichung des guten Zustands WRRL-relevanter Oberflächenwasserkörper (Fließgewässer mit Einzugsgebiet > 10 km², Standgewässer > 50 ha) im Freistaat Thüringen. Entsprechend den ermittelten Ursachen wurden Maßnahmen abgeleitet, die geeignet sind, die entsprechenden Defizite zu beheben. Für die Umsetzung von Maßnahmen, welche die Defizite in der Gewässerstruktur und Durchgängigkeit beseitigen sollen, wurden im ersten Bewirtschaftungszyklus (2009 bis 2015) Schwerpunktgewässer festgelegt. Informationen über die Ursachen für die Nichterreichung des guten Zustands der Oberflächenwasserkörper bzw. Aussagen zu den daraus abgeleiteten Maßnahmen sind in folgenden Karten dargestellt: - OWK - organische Belastung durch Abwasser - OWK - Phosphorbelastung durch Abwasser - OWK - Fischfauna - OWK - Nitratbelastung - OWK - Phosphorbelastung durch Bodenerosion - OWK - Schwerpunktgewässer Struktur/Durchgängigkeit Die Daten dienen der allgemeinen Information der Öffentlichkeit über die Ursachen für die Nichterreichung des guten Zustands bzw. über die geplanten Maßnahmen in den WRRL-relevanten Oberflächenwasserkörpern in Thüringen.

Europäische Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL): Zustand der Oberflächenwasserkörper (OWK), Bewirtschaftungszyklus 2009-2015

Die Karten beschreiben den ökologischen Zustand der WRRL-relevanten Oberflächenwasserkörper (Fließgewässer mit Einzugsgebiet > 10 km², Standgewässer > 50 ha) im Freistaat Thüringen. Die Zustandsbewertung der Oberflächenwasserkörper erfolgt anhand von fünf Bewertungskategorien (sehr gut, gut, mäßig, unbefriedigend, schlecht). Bei erheblich veränderten und künstlichen Oberflächenwasserkörpern erfolgt statt einer Bewertung des ökologischen Zustands die Ausweisung des ökologischen Potenzials, in dem sich der Oberflächenwasserkörper zum Zeitpunkt der Erfassung befindet. Die Bewertung des Zustands eines Oberflächenwasserkörpers basiert im Wesentlichen auf einer Beurteilung von biologischen Komponenten, die durch hydromorphologische und chemisch-physikalische Komponenten ergänzt werden. Informationen über den Zustand der Oberflächenwasserkörper sind in folgenden Karten dargestellt: - OWK - Allgemeine Degradation - OWK - Algen - OWK - Wasserpflanzen, Kieselalgen und Moose - OWK - Wirbellosenfauna insgesamt - OWK - Saprobie - OWK - Salzbelastung - OWK - spezifische Schadstoffbelastung - OWK - chemischer Zustand - EG-Umweltqualitätsnormen - OWK - chemischer Zustand - Thüringer Verordnung - OWK - ökologischer Zustand - OWK - ökologisches Potential - OWK - Wasserkörperkategorie Die Daten dienen der allgemeinen Information der Öffentlichkeit über den Zustand der WRRL-relevanten Oberflächenwasserkörper in Thüringen.

Seawater carbonate chemistry and behavioural trait expression of polar invertebrates

Here, we examine the ecosystem ramifications of changes in sediment-dwelling invertebrate bioturbation behaviour—a key process mediating nutrient cycling—associated with nearfuture environmental conditions (+ 1.5 °C, 550 ppm [pCO2]) for species from polar regions experiencing rapid rates of climate change. This dataset is included in the OA-ICC data compilation maintained in the framework of the IAEA Ocean Acidification International Coordination Centre (see https://oa-icc.ipsl.fr). Original data were downloaded from Polar Data Centre (see Source) by the OA-ICC data curator. In order to allow full comparability with other ocean acidification data sets, the R package seacarb (Gattuso et al, 2024) was used to compute a complete and consistent set of carbonate system variables, as described by Nisumaa et al. (2010). In this dataset the original values were archived in addition with the recalculated parameters (see related PI). The date of carbonate chemistry calculation by seacarb is 2024-07-11.

Gewässerstruktur (2001) (HAD)

Mit der Gewässer strukturkartierung wird die Struktur von Bächen und Flüssen (keine Gräben und Kanäle) und der Zustand ihrer Über schwem mungsgebiete, der Auen, erfasst und bewertet. Leitbild für die Bewertung ist in Anlehnung an die EG-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) der potenziell natürliche Zustand. Er entspricht dem Zustand, der sich ein stellen würde, wenn die derzeitigen Nutzungen und Verbauungen rückgängig gemacht würden (Referenz bedingungen). In der Bundesrepublik Deutschland wurden im Zeit raum 1999 – 2001 die Gewässerstrukturen im Auftrag der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) kartiert. Vergleichbar mit der biologischen Gewässergütekarte (Atlastafel 7.9), welche die Verbesserung des Sauerstoffhaushalts in den letzten 35 Jahren eindrucksvoll aufzeigt, soll nun die Karte „Gewässerstruktur“ die Notwendigkeit zur Wiederherstellung der gewässertypischen Strukturen unterstreichen.

Hamburger Gewässerinformationssystem

Das Datenmanagementsystem GERONIMUS der Hamburger Wasserwirtschaft (Abteilung W1 im Amt Wasser, Abwasser und Geologie) ist ein kohärentes System von Hard und Softwarekomponenten innerhalb und außerhalb des FHH-Netzes. Grundwasser- und Pegelstände Die Internetserver sind Kern des vollautomatisierten Wasserstandsdatentransfers des Hamburger Landesmessnetzes für Grund- und Oberflächenwasser (ca. 20000 Datensätze /d). Um Externen den ständigen Zugang zur Korrektur und Analyse der Massendaten zu ermöglichen, werden die Daten in einer Postgres-Datenbank im Internet gehalten. Sie können dort über ein Xterminal-ähnliches Verfahren direkt von den Auftragnehmern zu jeder Zeit unabhängig vom Zugang innerhalb des FHH-Netzes analysiert und bearbeitet werden. Die Zuwächse und Korrekturen werden quasi zeitgleich mit der internen Oracle-Instanz GDB (Gewässerdatenbank) synchronisiert und sind dort für alle Stellen der Hamburger Verwaltung zugänglich. Beschaffenheitsdaten (Grund und Oberflächengewässer) Die Beschaffenheitsdaten der Grund- und Oberflächengewässerdaten werden zentral über das LIMS des Institutes für Hygiene und Umwelt erfasst und gepflegt. Über einen nächtlichen Transfermechanismus gelangen die Daten in die Oracle-Instanz GDB und stehen dann für alle Stellen der Hamburger Verwaltung zur Verfügung. Stammdaten Messstellen Alle Daten der Hamburger Messnetze sind an Messstellen, Brunnen, Pegel, Entnahmestellen oder WFD-Monitoring-Stellen gebunden. Neben den Stammdaten der BUKEA-Messstellen wird auch der Hamburgteilige Datenbestand der Hamburger Wasserwerke vorgehalten. Auch die Entnahme- und Einleitstellen für die Wärmegewinnung oder Wärmeableitung im Grundwasser werden in GERONIMUS administriert. Wasserrechte Innerhalb des GERONIMUS-Systems werden alle Daten hinsichtlich der Rechte am und im Gewässer der Hamburger Ober- und Grundwasser gespeichert (Wasserbuch). Neben den Kenndaten werden auch die kompletten Bescheide digital vorgehalten. Digitale Umweltgebührenordnung (DUGO) Innerhalb der Wasserwirtschaftlichen Verwaltung fallen Gebühren zu unterschiedlichen Tatbeständen für Bürger oder auch Firmen an. Diese werden innerhalb des GERONIMUS-Systems gehostet und für die Finanzbehörde aufbereitet. Digitales Auftragsmanagement und Qualitätssicherung (DAQS) Für den Betrieb der Hamburger Messnetze fallen ständig Aufträge für Auftragnehmer (Messstellenbau, Wartung, Auswertung etc. Gutachten) an, die in Verträgen/Wartungsverträgen ausgegeben und historisiert werden. Grundwasserförderer, Fördererlaubnisse zur Erstellung der Zahlungsbescheide Zur Erstellung der Vorauszahlungsbescheide und Festsetzungsbescheide zur Grundwasserförderung der privaten und öffentlichen Förderer werden alle dazu notwendigen Daten unter GERONIMUS administriert. Gewässerbauwerke Das Kataster der Bauwerke am oder im Gewässer wird mit Kenndaten und Dokumenten administriert. Bisher ist allein der Aspekt Wasserrahmenrichtlinie datentechnisch abgebildet. Maßnahmenumsetzung nach Wasserrahmenrichtlinie (Water Framework Directive EG 2000/76) Die Umsetzung der Maßnahmen zur Verbesserung des Zustands der Hamburger Wasserkörper ist ein mehr oder weniger komplexer Eingriff in die Struktur der Gewässer, der neben Kenndaten der Maßnahme auch den Umsetzungsstatus und die Kosten beinhält. Zudem müssen die Daten historisierbar sein, um ältere Zustände abgleichen zu können. Charakteristik und Statusangaben der Hamburger Wasserkörper Die Kenndaten und Charakteristika der Hamburger Wasserkörper gemäß Wasserrahmenrichtlinie sowie die Status- bzw. Potentiale der biologischen und chemischen Qualitätskomponenten sind innerhalb GERONIMUS erfasst. Hydromorphologie der kleinen und mittleren Hamburger Gewässer Für das Bewertungsverfahren der Hydromorphologie werden alle Kenndaten zur Einstufung der Hydromorphologie nach Wasserrahmenrichtlinie im LAWA Detailverfahren oder dem Übersichtsverfahren historisierbar administriert. Monitoring gemäß Wasserrahmenrichtlinie Die Zuordnung Qualitätskomponenten zu den WRRL- Monitoringstellen sowie die Monitoringstellen der Wasserkörper sind im GERONIMUS-System administriert. Hochwasserrisikomanagement Die Daten zum Reporting und zur Maßnahmenumsetzung in Umfeld der Hochwasserrisikomanagementrichtlinie werden im GERONIMUS-System gehostet. Dazu zählen auch die Deichrouten. Gewässernetz Das Hamburger Gewässernetz wird als Netzwerktopologie innerhalb von GERONIMUS gepflegt. Es ist mit seinen Gewässerkennzahlen bundesweit und mit den Geometrien mit NI und SH an den Grenzen metergenau abgestimmt. Die Fließgewässer und Gräben sind hierzu geroutet und stationiert. Es dient als Basis der Abbildung der Oberflächenwasserkörper, der Gewässerabschnitte der Hydromorphologie, der Hochwasserrisikogebiete, der Maßnahmen und Bauwerke an den Gewässern. Zusätzlich werden die Uferrouten des reduzierten Gewässernetzes gepflegt. Digitale Karten in GERONIMUS Topographische Karten in Maßstäben von 1:1.000 bis 1:600.000 in unterschiedlicher Auflösung

Nds. Landschaftsprogramm (Karte 4a): Prioritäre Gewässer zur Umsetzung der WRRL

Der Datensatz aus Karte 4a des Niedersächsischen Landschaftsprogramms enthält die für die Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) relevanten Prioritären Gewässer mit den Prioritäten 1 bis 6 zur Umsetzung der WRRL, die als landesweit bedeutsame Gewässer unter der Zielkategorie „Sicherung und Verbesserung“ dargestellt werden und bestehende naturschutzfachliche Werte aufweisen, die zu sichern sind und deren Zustand nach Bedarf für die langfristige Erhaltung der relevanten Werte zu verbessern ist. Karte 4a „Schutzgutübergreifendes Zielkonzept“ zeigt die landesweite Grüne Infrastruktur als integriertes Zielkonzept des Niedersächsischen Landschaftsprogramms. Die Grüne Infrastruktur des Landes Niedersachsen setzt sich aus sämtlichen für Naturschutz und Landschaftspflege landesweit bedeutsamen Bereichen zusammen (Inhalte aus den Karten 1 bis 3). Dazu gehören auch solche Bereiche, insbesondere Moore und Auen, deren Funktionen derzeit beeinträchtigt sind und bei denen darauf abgezielt wird, diese wiederherzustellen. Quellennachweis: © 2021, daten@nlwkn.niedersachsen.de

The scalar organization of environmental governance: an institutionalist perspective on the transformation of water and marine governance in the European Union

The project aims to theorize the scalar organization of natural resource governance in the European Union. This research agenda is inspired by critical geographers' work on the politics of scale. The research will examine an analytical framework derived from theories of institutional change and multi-level govern-ance to fill this theoretical gap. Furthermore, it will review conceptualizations of the state in institutional economics, evaluate their adequacy to capture the role of the state in the dynamics identified, and develop them further. The described processes may imply shifts in administrative levels, shifts in relations between different levels and changes in spatial delimitations of competent jurisdictions that result, for example, from decentralization or the introduction of river basin oriented administrative structures. The research investigates the implications of two European Directives: the Water Framework Directive (WFD) and the Marine Strategy Framework Directive (MSFD). They both have potentially great significance for the organization of marine and water governance at the level of Member States and below, and adhere to similar regulatory ideas for achieving good ecological status of waters. A multiple case study on changes in the scalar reorganization of marine and water governance that result from the implementation of the Directives will be carried out. It will rely on qualitative and quantitative data gathering based on semi-structured interviews and review of secondary and tertiary sources looking at Portugal, Spain, and Germany. It specifically addresses the role of social ecological transactions, the structure of decision making processes and the role of changes in contextual factors (such as ideologies, interdependent institutions and technology).

Fische wandern im Modell

Seit Jahrhunderten werden Stauanlagen zur Energieerzeugung, zur Schiffbarmachung von Flüssen, zur Verbesserung des Schutzes vor Hochwasser und zum Zweck der Speicherung von Trink- und Betriebswasser errichtet. Dies führte im Zusammenspiel mit der Zerstörung von Laichgewässern sowie Überfischung und Wasserverschmutzung zu einem dramatischen Rückgang der Fischbestände. Bei der Errichtung der meisten Stauanlagen an den Bundeswasserstraßen Main, Neckar und Mosel wurden Fischtreppen angelegt, um eine Wanderung flussaufwärts zu ermöglichen. Diese waren jedoch oftmals zu steil, zu klein oder zu weit von natürlichen Wanderrouten entfernt und wurden zudem nicht ausreichend gewartet, um einen bestandserhaltenden Fischaufstieg zu gewährleisten. Die Entwicklungen des internationalen und nationalen Umweltrechts, die einem breiten gesellschaftlichen Bewusstseinswandel Rechnung trugen, führten ab den 1970er-Jahren sukzessive zu einer Verbesserung der Wasserqualität. Ein umweltpolitischer Meilenstein war die Verabschiedung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) durch das Europäische Parlament im Jahr 2000. Diese fordert die EU-Mitgliedstaaten auf, Maßnahmen zur Verbesserung der ökologischen Bedingungen in heimischen Fließgewässern zu ergreifen. Ziel ist es, einen 'guten ökologischen Zustand' oder bei erheblich veränderten Gewässern ein sogenanntes 'gutes ökologisches Potenzial' zu erreichen. Um die Ziele der WRRL in Bezug auf die ökologische Durchgängigkeit zu erfüllen, muss die Durchgängigkeit an den Bundeswasserstraßen an ca. 250 Stauanlagen sichergestellt werden. Dies erfordert in den meisten Fällen den Bau einer neuen Fischaufstiegsanlage. Deren Funktionsfähigkeit und Effizienz soll für mehr als 60 heimische Fischarten gewährleistet werden, obwohl sich Eigenschaften wie Leistungsfähigkeit, Migrationsverhalten und Schwarmverhalten von Art zu Art stark unterscheiden können. Feldstudien zur Gewinnung der notwendigen Daten werden durch die natürliche Variabilität der Fischbestände und weiterer variabler Einflussgrößen erschwert. Laboruntersuchungen sind in ihren Dimensionen begrenzt und werden durch die künstliche Umgebung beeinflusst. Eine alternative Möglichkeit für die Bewertung der Effizienz von Fischtreppen sind numerische Simulationsmethoden für die Hydraulik und das Verhalten von Fischen. Sie zielen auf eine quantitative Bewertung von baulichen Alternativen ab, wie sie in der Planungspraxis häufig benötigt wird. 2015 wurde in der BAW in enger Kooperation mit der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) ein Forschungsprojekt begonnen, um einen neuen Ansatz auf der Basis individuenbasierter Modellierung zu entwickeln.

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