Feldarbeit

Wenn sich zu viel Sediment in einem Stausee ansammelt, muss dieser gespült werden um die Speicherleistung des Stausees gewährleisten zu können und die Abnutzung von hydroelektrischer Maschinerie zu verhindern. Während einer Staurraumspülung wird Sediment durch die Erosionskraft des fließenden Wassers abgetragen. Im erodierten Sediment befindet sich das von Mikroorganismen produzierte Treibhausgas Methan, welches freigesetzt wird und so in die Atmosphäre gelangt. Um abschätzen zu können wie viel Methan potentiell bei einer Stauraumspülung freigesetzt werden kann, muss die vertikale Verteilung von Methan im Sediment untersucht werden.

Im Verlauf von drei Feldkampagnen im April 2019, sowie im Juni und September 2020, führten wir genau aus diesem Grund mehrtägige Messungen an der Schwarzenbachtalsperre durch.

Vor Ort fuhren wir mit dem Boot hinaus um an festgelegten Positionen Sedimentkerne zu stechen. Um Sedimentkerne zu stechen, benutzen wir einen „Gravity Corer“. Dieser wurde mit einer langen Plastikröhre verbunden und an einem Seil bis zum Sediment heruntergelassen. Die Plastikröhre dringt aufgrund der Gewichtskraft des Gravity Corers in das Sediment ein. Hierbei wird die vorherige Spannung am Seil gelockert, wodurch wiederum ein Mechanismus aktiviert wird, welcher die Plastikröhre am oberen Ende verschließt und so ein Vakuum erzeugt. Neben der Entnahme von Sedimentkernen wurden auch andere Messungen durchgeführt. Beispielsweise wurden Wasserproben in verschiedenen Tiefen entnommen und Temperaturprofile erstellt um den Methangehalt und die Temperatur in der Wassersäule zu prüfen.

Sobald wie möglich wurden die gezogenen Sedimentkerne an Land verarbeitet. Durch vorgebohrte Löcher in der Plastikröhre wurden in unterschiedlichen Tiefen Sedimentproben mithilfe von modifizierten Spritzen entnommen. Jede Sedimentprobe wurde in ein Fläschchen überführt, in dem sich der flüssige Bestandteil des Sediments, das so genannte „Porenwasser“, von den festen Bestandteilen trennen konnte. Daraufhin wurde jeweils eine Probe des Porenwassers in ein gasdichtes Fläschchen transferiert, in welchem sich das Methan aus dem Porenwasser in die Gasphase des Fläschchens herauslösen konnte. In diesem Zustand verblieben die Methanproben bis zur Konzentrationsbestimmung im Labor.

Dieser Vorgang wurde mit vielen Sedimentkernen im Laufe von mehreren Tagen wiederholt. Für uns bedeutete das viel Arbeit, wobei diese aber durch den schönen Ausblick am Arbeitsplatz und die traumhafte Landschaft allemal kompensiert wurde.

Ziel dieser Exkursionen war es, empirische Daten von Interessenvertretern und ihren Interessen im Umland der Seen zu sammeln. Da es vielfältige Interessen gibt, war die Idee, Kontakt zu Personen in Schlüsselpositionen aufzunehmen, da deren Wissen und Interessen auf bestimmte Gruppen von Interessengruppen in gewisser Weise übertragbar sind. Diese so genannten Expert*innen wurden in zwei Kampagnen im Sommer und Winter 2018 befragt. Durch die aktive Ansprache zufällig ausgewählter Personen entstand zudem ein Datensatz von Fragebögen, der einen Eindruck vom allgemeinen Bild bei den Anrainern in der Umgebung vermittelt. Eine GIS-Analyse des CLC-Datensatzes wurde durch Inspektionen der lokalen Infrastruktur ergänzt, um verschiedene Landnutzungsvalidierungen zu identifizieren.

Insgesamt wurden 22 halbstrukturierte persönliche Interviews geführt, meist auf den Grundstücken der Befragten. Die Berufe der Befragten reichten von Tourismus über Landwirtschaft bis hin zu Management und Verwaltung. Dies ermöglichte es den Forschern, ein ganzheitliches Bild der lokalen Angelegenheiten rund um das Reservoirsystem zu entwickeln.

Der Datensatz wurde durch eine gleichzeitige Online-Erfassung von 609 Medienartikeln in der Lokalzeitung (Nürnberger Nachrichten) ergänzt, um die Zeitachse der dominierenden Diskurse rund um das Projekt abbilden zu können. Der Hauptdiskurs befasste sich mit den ökonomischen und ökologischen Folgen der Stauseen mit Schwerpunkt auf den häufig vorkommenden Cyanobakterienblüten und den negativen Folgen für den touristischen Sektor. Die Ergebnisse sind nachzulesen in: Daus et al. (2019, https://doi.org/10.3390/w11122469).

Die folgenden Abbildungen geben Ihnen einen Eindruck von der Feldkampagne. Da die Persönlichkeitsrechte der Befragten hohe Priorität hatten, war es folgerichtig, dass im Verlauf der Interviews keine Bilder gemacht wurden.

Im Rahmen  des Verbundprojekts CHARM sollte eine Alternative für die beschwerlichen und kostenintensiven Tauchereinsätze zur Entnahme von ungestörten Sedimentkernen aus großen Wassertiefen entwickelt bzw. gefunden werden.

Während des International Symposium on River Sedimentation 2016 in Stuttgart kamen wir in Kontakt mit der Firma MBT (Meerestechnisches Büro Turla GmbH, Kiel), welche einen Probennehmer - „Frahm-Lot“ - zur Beprobung von Tiefensedimenten in Ihrem Sortiment anbietet.

Das Frahm-Lot wurde am Leibniz-Institut für Ostseeforschung in Warnemünde (IOW) zur Beprobung von Tiefensedimenten entwickelt  und wird von der Firma MBT in Lizenz gefertigt. Die Beprobung der Sedimente erfolgt mithilfe von Stechrohren, die eine Länge von bis zu 100 cm und einen Durchmesser von 10 cm aufweisen. Durch eine Schnellspanneinheit werden die Probenrohre im Klemmblock fixiert und der Deckel sowie Verschlussarm an der Aufhängung arretiert. Anschließend kann das Frahm-Lot für die Probennahme abgelassen werden. Beim Auftreffen auf das Sediment, dringt das Probenrohr, durch das Eigengewicht des Frahm-Lots, in dieses ein. Durch die Entlastung des Zugseils lösen Deckel und Verschlussarm aus und ermöglichen somit eine Entnahme des „gestochenen“ Sediments. Sobald das Probenrohr die Sedimentoberkante verlässt, schließt sich der Verschlussarm vollständig und verhindert das Austreten des Sediments bei der weiteren Anhebung. An der Wasseroberfläche kann die Sedimentprobe gesichert und für den Transport verschlossen werden.

Bisher wurde das Frahm-Lot ausschließlich im maritimen Bereich eingesetzt und es lagen daher keine Erfahrungswerte im Binnenbereich beziehungsweise für Stauräume vor. Gemeinsam mit MBT konnte eine Kooperation auf die Beine gestellt werden, mit dem Ziel der Erprobung des Frahm-Lots in Stauräumen.

Am 03.02.2017 und 29.05.2017 wurde von Arbeitspaket 1 – Sedimente ein Frahm-Lot aus dem Hause MBT am Kleinen Brombachsee getestet.

Bereits nach den ersten Tests konnte der Probennehmer überzeugen und es konnten Sedimentkerne aus unterschiedlichen Wassertiefen (5m bis 20m), an Stellen mit variierender Sedimentmächtigkeit (0,1 m bis 1,0 m) und in Bereichen mit abweichender Sedimentzusammensetzung entnommen werden (Ton/Schluff/Sand-Gemische).

Wir möchten uns bei der Firma MBT für das Vertrauen und die gute Zusammenarbeit bedanken und freuen uns auf weitere Feldeinsätze zur Beprobung von Tiefensedimenten mit dem Frahm-Lot!

In der Woche vom 14.11.2016 bis zum 20.11.2016 wurde der Stauraum der Murgtalsperre Kirschbaumwasen (Sammelbecken Rudolf-Fettweis-Werk) für Revisionszwecke abgestaut. Durch die direkte Kommunikation mit der EnBW AG, war es uns möglich, bereits am 15.11.2016 den entleerten Stauraum zu begehen und Sedimentkerne zu entnehmen.

Im entleerten Speicher konnten Sedimentkerne mit einem geringen räumlichen Abstand zueinander entnommen werden (z. B. neun Kerne innerhalb eines Probenfeldes mit einer horizontalen Ausdehnung von nur 2 m x 2 m). Ziel dieser Probennahme und der anschließenden Untersuchungen war es, die räumliche Heterogenität und Beschaffenheit von Stauraumsedimenten zu untersuchen. Diese natürlich auftretende Heterogenität von Sedimentablagerungen stellt immer wieder eine Herausforderung bei der Quantifizierung der Sedimenteigenschaften dar. Während der Projektlaufzeit von CHARM ist es geplant, eine weitere Kernentnahme an der gleichen Stelle durchzuführen, um einen Vergleich zwischen gesättigten natürlichen Sedimentproben und den drainierten Kernen aus dem Jahr 2016 herzustellen. Vor allem in Bezug auf die Erosionsstabilität und für ein nachhaltiges Stauraummanagement kann dies von großer Bedeutung sein.

An der Talsperre Kleine Kinzig fand am 09.08.2016 und 10.08.2016 eine zweitägige Voruntersuchung von Arbeitspaket 1 - Sedimente statt. Ziele dieser Untersuchung waren eine Sohlvermessung des Stauraums und der Vorsperre mittels Echolot sowie eine Beprobung der Oberflächensedimente von Haupt- und Vorsperre. Zusätzlich erhielten wir eine Einführung in den Zweckverband der Wasserversorgung Kleine Kinzig im Rahmen einer Ortsbegehung.

Wir möchten uns an dieser Stelle bei Herrn Biwer und Frau Sommer vom Zweckverband Wasserversorgung Kleine Kinzig für die Unterstützung im Zuge des CHARM-Projektes bedanken.

Die beiden ersten Feldbegehungen von Arbeitspaket 1 – Sedimente an der Schwarzenbachtalsperre fanden am 21.06.2016 und am 06.07.2016 statt. Dabei wurden Echolotvermessungen des Stauraums und sedimentologische Voruntersuchungen durchgeführt, um einen erster Eindruck der Sedimentbeschaffenheit vor Ort zu erhalten. Zum einen wurden die Sedimente entlang der Uferlinie mit Lotstangen sondiert und zum anderen erfolgte eine Beprobung der Oberflächensedimente mit einem Van-Veen-Bodengreifer und einem Ekman-Bodengreifer entlang des Talwegs. Die entnommenen Sedimentproben wurden auf ihre Korngrößenverteilung analysiert und dienen unter anderem als Datengrundlage für ein dreidimensionales numerisches Modell. Zeitgleich wurde eine Schwebstoffmessstelle an den beiden Zubringern Schwarzenbach und Seebach installiert, um die natürlichen Sedimenteinträge zu quantifizieren. Die beiden Messstellen wurden in Summe über einen Zeitraum von 6 Monate betrieben (Juli bis Dezember).

Am 17.03.2016 lud Herr Dr.-Ing. Jörg Franke von der EnBW das CHARM-Team zu einer Ortsbegehung des Rudolf-Fettweis-Werkes ein. Neben einer Begehung der Schwarzenbachtalsperre und des Entnahmeturms wurden die beiden natürlichen Zuflüsse Schwarzenbach und Seebach sowie die Raumünzachüberleitung mit ihren Wasserfassungen besichtigt. Anschließend erfolgte eine Begehung des Sammelbeckens am Murgwehr Kirschbaumwasen und des Ausgleichsbeckens bei Forbach. Zum Abschluss erfolgte die Begehung des Krafthauses mit einem Blick auf die verbauten Maschinensätze.

Dank der geführten Begehung vor Ort konnten wir uns ein detailliertes Bild über das Rudolf-Fettweis-Werk sowie dessen Funktionsweise machen.

Wir möchten uns bei der EnBW AG und bei Dr.-Ing. Jörg Franke für diese informativen Einblicke und die Unterstützung im Zuge des CHARM-Projektes bedanken.