Die Belastung des Bodensees mit Phosphor-, Stickstoff

Internationale Gewässerschutzkommission für den Bodensee
Bericht Nr. 17
J
DIE BELASTUNG DES BODENSEES MIT PHOSPHOR-, STICKSTOFF- UND
ORGANISCHEN VERBINDUNGEN IM SEEJAHR 1971/72
Bearbeiter:
..
..
G. WAGNER, H. BUHRER, H. AMBUHL
- 1976 -
r
1 ..
- I I N H ALT
Seite
VORWORT
1
1.
EINLEITUNG
2
2.
METHODIK
3
2 .1
PROBENENTNAHME
3
2.1.1
2.1.2
2.1.3
Flüsse
Kläranlagen
Uebrige Quellen
4
2.2
UNTERSUCHUNGSPARAMETER
7
2. 3
BERECHNUNG DER STOFFFRACHTEN
8
2.3.1
8
9
2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.3.5
2.3.6
2.3.7
2.3.8
3.
Flüsse
2.3.1.1
2.3.1.2
2.3.1.3
2.3.1.4
Polynome
Exponentialfunktion
Oberirdischer Abfluss
Sicherheit der Resultate
Kläranlagen
Uebrige Seeanlieger
Niederschläge
Uebriger Eintrag
Trinkwasserentzug
Fischfang
Uebriger Entzug
ERG E B N ISS E
3.1
3.2
3.3
Monatliche Abflussmengen und Frachten in den Zuflüssen
(Tab. 2)
3
7
11
14
15
15
15
15
15
15
16
16
16
17-21
Monatliche Abflussmengen und Frachten in den Abflüssen
(Tab. 3)
22
Streubreiten der Ergebnisse aus Polynom-Berechnungen
(Tab. 4)
23
3.4
Frachtberechnungen über eine e-Funktion (Tab. 5)
3~5
Vergleich der Untersuchungsergebnisse von 1971/72 mit den
Ergebnissen aller bisher bekannten Zuflussuntersuchungen
(Tab. 6)
28-29
4.
DIS K'U S S ION
5.
Z USA M M E N F ASS U N G
Die Zufuhr von organischen Substanzen, Stickstoff- und
Phosphorverbindungen zum Bodensee 1971/72 und die abfliessenden Frachten (Tab. 7)
Schätzung der aus Niederschlägen, aus dem ländlichen Areal
und der aus Abwasser stammenden Frachten des filtrierbaren
Phosphors und Stickstoffs (Tab. 8)
24-27
30-34
35
36-38
39
Belastungen des Bodensees (Abb. 6 und 7)
40-41
6.
LITERATUR
42-45
7.
ANHANG
46-53
Die analytischen Rohdaten
- 1
VORWORT
Die Kenntnis des internen Stoffhaushaltes eines Sees ist in der seenkundliehen Forschung seit jeher der erste Schwerpunkt. Dieser Stoffhaushalt ist
indessen nur ein Teil des gesamten Systems, das durch Energie- und Nährstoffzufuhren von aussen unterhalten wird und das seinerseits Nährstoffe und Reaktionsprodukte in den Abfluss entlässt. Soll der See als Ganzheit verstanden
werden, und sollen namentlich seine immer auffälligeren biologischen Reaktionen mit der steigenden Stoffbelastung relativiert werden, so ist eine genaue
Kenntnis der Stoffbilanz notwendig. Zur Planung und zur Abschätzung der Erfolgschancen technischer Sanierungsmassnahmen ist sie vollends unerlässlich.
Der Bodensee ist einer der wenigen grossen Seen, deren äussere Stoffbilanz
in dieser Weise bekannt ist. Die Arbeiten, die dafür notwendig waren, und
ihre Ergebnisse sind im vorliegenden Bericht in knapper Form zusammengestellt.
Die Erfahrungen der Zuflussuntersuchungen 1961 hatten gezeigt, dass die Stofffrachten der Zuflüsse nur dann zuverlässig zu erfassen sind, wenn sich die
Untersuchung über das ganze Jahr erstreckt und besonders die Hochwässer miterfasst werden. Entsprechende Vorarbeiten zeigten sodann, dass eine Automatisierung aller in Frage kommender Probenentnahmestellen aus technischen Gr~n­
den kaum kurzfristig realisierbar wäre. Dagegen eröffnete die Erkenntnis,
dass auch Stichproben ein genügend sicheres Resultat liefern können, wenn
die Auswertung mit einem verbesserten Rechnungsverfahren erfolgt, die Aussicht, die von der Internationalen Gewässerschutzkommission für den Bodensee
gewünschte Untersuchung kurzfristig zu realisieren. Am 4. Mai 1970 erteilte
die Kommission den Sachverständigen den entsprechenden Auftrag, und am
14. März 1971 wurden die koordinierten Untersuchungen in Gang gesetzt.
Das Untersuchungsprogramm konnte ohne wesentliche technische Störungen abgewickelt werden. Es lieferte insgesamt rund 510 Wasserproben, zahlreiche Einzelmessungen (Temperatur, Pegelstand, Abflussmenge) und erforderte 4600 chemische Einzelanalysen, die Spezialuntersuchungen an den Kläranlagen-Abflüssen
nicht gerechnet. Die Analysendaten wurden, wiederum nach umfangreichen Entwicklungs- und Programmierarbeiten, auf einem Gross-CQmputer ausgewertet.
Alle diese Arbeiten wurden in kollegialer Zusammenarbeit durchgeführt; eine
Behinderung durch Grenzzäune bestand niemals. Der Umfang des Programms erforderte die Mitwirkung der Institute und Amtsstellen,sämtlicher Anliegerstaaten.
Der vorliegende Bericht ist das Ergebnis einer tatsächlich internationalen,
einzig dem Wohl des Bodensees verpflichteten Zusammenarbeit, die zudem fortgesetzt werden soll: Nachdem in der letzten Zeit bei allen grösseren Kläranlagen die dritte Reinigungsstufe zur Phosphorelimination in Betrieb genommen wurde oder vorgesehen ist, hat die Internationale Gewässerschutzkommission für den Bodensee im Jahre 1976 im Hinblick auf die damit zu erwartende
Abnahme der Nährstoffbelastung beschlossen, ein neues Untersuchungsprogramm
für die Feststellung der in den Bodensee gelangenden Stofffrachten vorzubereiten.
- 2 -
1.
EINLEITUNG
den untersuchungen und Auswertungen waren folgende Stellen beteiligt
(Bezeichnungen Stand 1976):
An
Deutschland:
Baden-Württemberg:
Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg:
- Institut für Wasser- und Abfallwirtschaft,
7500 Karlsruhe
- Institut für Seenforschung und Fischereiwesen,
7994 Langenargen
Wasserwirtschaftsamt Konstanz, 7750 Konstanz
Wasserwirtschaftsamt Ravensburg, 7980 Ravensburg
Bayern:
Oesterreich:
Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft,
8000 München
Chemische Versuchsanstalt des Landes Vorarlberg,
6901 Bregenz
Landeswasserbauamt, 6901 Bregenz
Schweiz:
Eidgenössische Anstalt für Wasserversorgung,
Abwasserreinigung und Gewässerschutz (EAWAG),
Abteilung Limnologie, 8600 Dübendorf
Eidgenössisches Amt für Wasserwirtschaft,
Abteilung Landeshydrographie, 3003 Bern
Amt für Umweltschutz und Wasserwirtschaft des
Kantons Thurgau, 8500 Frauenfeld
Amt für Gewässerschutz des KantonsSt.Gallen,
9001 St.Gallen
Ueber den Turnus der Probenentnahme, die Analysenmethoden und die Arbeitsteilung bei der Durchführung des Gesamtprojektes wurde von der EAWAG zu Beginn der Arbeiten eine umfassende Arbeitsvorschrift in Form eines Manuals
aufgestellt [7].
Die Arbeiten wurden in folgender Weise aufgeteilt:
Probenentnahme und Analysen wurden im wesentlichen von den Labors der wissenschaftlichen Institute und Fachstellen für Gewässerschutz im Bodenseeraum
(inkl. EAWAG) durchgeführt. Die automatische Probenentnahmestelle RheinSchmitter (Neuer Rhein bei Diepoldsau) wurde vom Eidg. Amt für Wasserwirtschaft, Abteilung Landeshydrographie , und der EAWAG eingerichtet und betrieben. Die Abflussdaten der Flüsse wurden von den Wasserwirtschaftsämtern zur
Verfügung gestellt. Die rechnerische Bearbeitung der Analysendaten erfolgte
durch das Institut für Seenforschung in Langenargen und durch die Abteilung
Limnologie der EAWAG.
Die benützten Rechenanlagen waren:
CDC 6000 des Rechenzentrums der ETH Zürich und PDP 11-40 der EAWAG, sowie
die Kleinrechenanlagen DIEHL-Combitron und -Algotronic und WANG 2200 S des
Instituts für Seenforschung in Langenargen.
- 3 -
Die Zusammenfassung der Einwohnergleichwerte, die Berechnung der BSB -Frach5
ten und die Ermittlung der landwirtschaftlichen Nutzflächen erfolgten durch
die damalige Staatliche Planungs- und Beratungsstelle für Abwassermassnahmen
im Bodenseegebiet, 7770 Ueberlingen.
2.
~M
2.1
2.1.1
E T H 0 D I K
PROBENENTNAHME
Flüsse
Von einem allgemeinen Einsatz automatischer Probenentnahmegeräte musste abgesehen werden, da während der Planungsphase entsprechende Geräte noch nicht
erhältlich waren und eine Verzögerung durch Eigenentwicklungen vermieden werden musste. Einzig am Neuen Rhein wurde, um den besonderen Verhältnissen dieses Zuflusses, insbesondere seiner dauernd wechselnden Wasserführung und seiner extremen Hochwasserspitzen gerecht zu werden, an der permanenten hydrometrischen Messstation Rhein-Schmitter des Eidg. Amtes für Wasserwirtschaft ein
kontinuierlich und abflussmengenproportional arbeitender Sammelautomat eingerichtet. Das eigens für diesen Einsatz entwickelte Gerät wurde vom Limnigraphen über einen Linearisator gesteuert und fasste pro 100'000 m3 durchgeflossenem Rheinwasser eine Teilprobe bzw. bei Hochwasser - Wasserführungen über
3
320 m3 /s - eine Teilprobe pro 1 Million m . Die Proben wurden im Kühlschrank
bei 1 - 3 oe gesammelt und wöchentlich an die EAWAG gesandt.
Von allen übrigen Stellen wurden wie bei den früheren Untersuchungen [12, 34]
Stichproben erhoben und von den Analysen-Ergebnissen rechnerisch auf die Monats- bzw. Jahresfrachten geschlossen.
Ausgehend von den Erfahrungen der früheren Untersuchungen [12, 34] wurde unter
Berücksichtigung der Laborkapazitäten eine möglichst grosse Stichprobenzahl
angestrebt. Ausserdem war zu beachten, dass die grössten Streuungen in den
Konzentrationen während Hochwassersituationen auftreten. Grundsätzlich wurde
deshalb aus jedem Fluss vom 14.3.1971 bis 8.3.1972 alle 18 Tage zu nicht vorher festgelegter Tageszeit (siehe Anhang) eine Probe entnommen. Damit wurde
jeder Wochentag dreimal erfasst; auf jeden Fluss entfielen etwa 6 Probenentnahmen bei höherer Wasserführung (über Mittelwasser). Ausserhalb dieser turnusmässigen Termine wurden nach ergiebigen Regenfällen (> 15 mm/Tag, gemessen
in Langenargen) zusätzliche Proben entnommen. Diese speziellen Probenentnahmen
erstreckten sich bis 1973, somit weit über die eigentliche Sammelperiode hinaus, weil sich im peitraum vom März 1971 bis März 1972 zu wenig Hochwässer
ereigneten. Der Jahresabfluss betrug etwa 3/4 des langjährigen Mittels. Insgesamt fanden je nach Zufluss zwischen 25 und 35 Entnahmen statt, wovon zwischen 10 und 15 Proben auf Abflüsse über Mittelwasser entfielen.
Die Stationen wurden oberhalb des Staubereiches möglichst nahe der Flussmündungen in den See festgelegt.
Die Wasserproben wurden möglichst aus Strommitte mit einem Plasticeimer ge~chöpft und, um eine Sedimentation der Suspensa zu vermeiden, unter kräftiger
Bewegung in die Transport- und Plasticflaschen abgefüllt. Die Proben der auto-
- 4-
matischen Station Rhein-Schmitter wurden in Glasflaschen gesammelt und
transportiert. Die Proben befanden sich nach wenigen Stunden in den zuständigen Labors und wurden dort sofort bearbeitet.
Flüsse und Stationen:
übersee:
Stockacher Aach - Kreisstrassenbrücke Ludwigshafen - Bodman
See felder Aach - Brücke Bundesstrasse 31
Lipbach - Brücke Bundesstrasse 31
Rotach - Brücke Bundesstrasse 31
Schussen - Holzbrücke SchwedijLangenargen
Argen - Hängebrücke Langenargen
Bregenzerache - Bundesstrasse Hard-Bregenz
Dornbirnerache - Bundesstrasse Fussach-Bregenz
Neuer Rhein - Rhein-Schmitter
Neuer Rhein - Bundesstrasse Fussach-Bregenz
Alter Rhein - Brücke Rheineck, bei Hochwasser: Zollanlegestelle
Steinach (vgl. 2.3.2) - Steinach beim Limnigraphen
Abfluss übersee - Brücke Konstanz
Untersee:
Seerhein (Zufluss Untersee) -Gottlieben (Flussmitte)
Radolfzeller Aach - Landesstrassenbrücke Radolfzell-Moos
Abfluss
u~tersee
- Brücke Stein am Rhein
Die Konzentrationen der Untersuchungsparameter der Stationen Abfluss übersee, Se~rhein und Abfluss Untersee entsprechen praktisch den Gehalten des
See-Epilimnions. Da hier keine raschen Konzentrationsänderungen zu erwarten
waren, wurde auf eine zusätzliche Probenentnahme bei Hochwasser verzichtet.
Zusätzlich zum turnusmässigen Stichprobenprogramm lief ab Mitte Juni 1971 die
erwähnte abflussproportionale Dauerprobenentnahme im Neuen Rhein bei Schmitter (13,5 km oberhalb der Mündung in den See), zusammen mit einer ergänzenden und kontrollierenden Stichprobenuntersuchung nach dem 18-Tage-Turnus.
2.1.2
Kläranlagen
Zur Erfassung der Jahresfrachten derjenigen Kläranlagen, welche nicht in
einen der untersuchten Flüsse entwässern, wurden je Anlage einige Tagessammelproben bei unterschiedlichen hydrologischen Situationen untersucht. Die
zeitliche Folge dieser Untersuchungen sowie die Art der Probenentnahme war
vom Zeitplan der Zuflussprobenentnahmen unabhängig und wurde von den Bearbeitern an die örtlichen Verhältnisse angepasst. Die wegen Hochwasserentlastungen von der Untersuchung nicht erfassten Stoffmengen wurden geschätzt.
- 5 Folgende Kläranlagen wurden untersucht:
Obersee:
Friedrichshafen
Langenargen-Kressbronn
Lindau
Bregenz
St.Gallen
Münsterlingen
Untersee:
Konstanz
Radolfzell
Steckborn
In den Klärahlagenabflüssen wurden folgende Parameter bestimmt:
Ammonium
Nitrit
Nitrat
f
im Filtrat
}
in der unfiltrierten Probe
)
Gesamt-Phosphor
Kjeldahl-Stickstoff
Organ. Kohlenstoff
Für die analytische Verarbeitung wurden die allgemein gebräuchlichen und
erprobten Methoden verwendet; ihre Arbeitsvorschriften sind im Manual [7]
detailliert aufgeführt und in Tabelle 1 in Zitatform zusammengestellt. Dass
dabei nicht völlige Uebereinstimmung unter den beteiligten Laboratorien
herrscht, geht darauf zurück, dass bei der Planung zwar eine möglichst weitgehende Koordination angestrebt, diese bei einzelnen Methoden aber bewusst
qffen gelassen wurde, weil erfahrungsgemäss eine an sich befriedigend funktionierende Methode in der Hand des mit ihr vertrauten Labors sicherere Resultate liefert als ein neues, aber nicht eingeübtes Verfahren.
Besondere Beachtung wurde dagegen einer einheitlichen Aufbereitung der Proben
geschenkt. Die Vorschrift des Manuals [7] verlangt dazu:
Filtration der Proben:
- Herstellung von Filtrat: Filter Sartorius MF 11306 (0,45~) oder Millipore
HAWPO 47 (0,45 ~). Die Einrichtung zur Filtration war den Labors freigestellt.
- Gewinnung von Filterrückstand zur NPART-Bestimmung: Glasfaserfilter GF/C
Whatman, mit Magnesiumhydroxidkarbonat (als Suspension aufzubringen) überschichtet.
Tahelle 1
Die angewandten Analysenmethoden
~ter,
Labor
P0
Karlsruhe +
Reichenau
Langenargen
~
Ges.-P
NO -N
2
NO -N
3
NH -N
4
Kj.-N
BSB 5
CSB
C
AmbühlSchmid
[ 1]
Aufschluss
n. Menzel
u. Corvin
[19]
Bestimmung
nach [1]
DEV [5]
D 10
DEV [5]
D 9
Vorsehr.
vor 1975
DEV [5]
E 5/1
Aufschluss
nach
Armstrong
et ale [3]
DEV [5]
H 5 (1966)
D. Maier
[17]
Menzel
und
Vaccaro
[18]
Vogler
[30]
Gales et
al. [ll]
Aufschluss
mit
(NH 4 )2 S 208
DEV [5]
DlO
DEV [5]
D 9
Wagner
[38]
-
-
4
-P
O-Messung
m.Membranelektrode
Oxi 39
Eigene
Vorsehr.
(Se-Aufschluss,
Dest. n.
[38]
-
0"1
EAWAG
AmbühlSchmid
[1]
SchmidAmbühl
[25]
Strick land
-Parsons
[27]
DEV [5]
D 9
Schmid
[24]
Schmid
[24]
-
-
-
WWA TG
AmbühlSchmid
[1]
SchmidAmbühl
[25]
Strickland
-Parsons
[27]
DEV [5]
D 9
Schmid
[24]
Schmid
[24]
DEV [5]
H 5
EDI
Empfehl.
[10]
Beckman
TOC-Anal
Orig.Vorsehr.
Amt für Gewässerschutz
St.Gallen
Edwards
et ale
[8]
EAWAG [6]
Nr.
4.5.9.1
EDI
Richtlinien
[9]
EDI
Richtlinien
[9]
EDI
Richtlinien
[9]
EAWAG [6]
Nr.
4.5.8.3
Ott [23]
-
-
Die in eckige Klammern [
_.~,'"~....
] gesetzten Zitatnummern verweisen auf die ausführlichen Titel des Literaturverzeichnisses Seite
42 ff.
~I
- 7Bereitstellung der Proben zur Untersuchung auf TOC, CSB, BSBS:
Für diese Bestimmungen wurden Teilproben vom homogenisierten Rohwasser bzw.
vom Membranfiltrat in Polyäthylenflaschen abgefüllt (TOC 25 ml, CSB und
BSBS
250 ml) und bis zur Untersuchung im Labor des
Institutes für Wasser.
0
und Abfallwirtschaft in Karlsruhe bei etwa - 18 C aufbewahrt. Der Transport
erfolgte per Kurier.
2.1.3
Uebrige Quellen
Die analytisch nicht erfassbaren Quellen, im einzelnen aufgeführt in Tabelle
7, wurden mit Hilfe statistischer Erhebungen berechnet.
2. 2 _UNTERSUCHUNGSPARAMETER
Flüsse:
NH4-N*)
N02-N
NO rN
KJN-F
NPART
P04-P
P-FIL
PPART
P-TOT
TOC-F
}
im Filtrat
}
im Filtrat
}
im Filtrat
TOC
CSB
BSBS
Im übrigen werden folgende Abkürzungen verwendet:
Q-AKT
Q~MIT
N-TOT
NOGEL
POGEL
GEL-N
CPART
Momentaner Abfluss während der Probenentnahme
tagesmittlerer Abfluss
Gesamtstickstoff (d.h. N03-N + N02-N + KJN-F + N-PART)
KJF-N minus NH4-N
P-FIL minus P04-P
KJF-N plus N02-N plus N03-N
TOC
minus TOC-F
*) Kolonne links: Die in den Datentabellen und im Anhang verwendeten
EDV-Kurzbezeichnungen
...
f
- 8 -
Bei den von der EAWAG untersuchten Proben wurde der partikuläre Phosphor
durch Differenzbildung aus Gesamt-Phosphor im Rohwasser und gelösten Phosphor-Verbindungen (= Gesamt-Phosphor im Filtrat) errechnet.
2.3
BERECHNUNG DER STOFFFRACHTEN
2.3.1
Flüsse
Zwischen der Wasserführung und der gleichzeiti~ gemessenen Konzentration
eines Stoffes besteht in jedem Gewasser eine durch die besonderen Verhältnisse ~es Einzugsgebietes gegebene, mehr oder weniger enge Beziehung, die
zur Berechnung von Stofffrachten ausgenützt werden kann. Durch Einsetzen
der täglichen Abflusswerte (Tagesmittel) eines ganzen Jahres in die mit relativ wenigen chemischen Konzentrationswerten hergeleitete Beziehung bzw.
Funktion oder Kurve können die mutmasslichen (oder wahrscheinlichen) Konzentrationen jedes Tages ermittelt werden. Die Produkte dieser täglichen Konzentrationen mit den korrespondierenden Abflussmengen ergeben die täglichen
Frachten, ihre Summierung die Monatsfrachten oder die Jahresfracht. Nach
Darstellung der Beziehung zwischen Abfluss und Konzentration in einer mathematischen Gleichung kann die Rechnung automatisiert werden.
In Abb. 1 sind die Häufigkeitsverteilungen der mittleren Tages-Abflusswerte
des Untersuchungsjahres von zwei Zuflüssen dargestellt.
Häufigkeit
Häufigkeit
I
100
Stockacher Aach
Radolfzeller Aach
5
50
+-..,.-..,.--...,-I--,---,----,-l--+-.L.t-'---r--,'-,-,_ --,---LL
o
2
4
6
8
10 12 14 16
Abfluss (Tagesmittel)
(Q-MIT)
Abb. 1
18 20
[m:ts]
0
02 0.4 0.6 0.8 I
12 1.4 1.6 1.8 2
Abfluss ( Tagesmittel)
(Q-MIT)
Häufigkeit der Tagesabflussmittel 1971/72
[m~s]
4
•
- 9 -
Die verteilungen sind von Fluss zu Fluss, resp. von Einzugsgebiet zu Einzugsgebiet sehr verschieden. Sie erlauben eine erweiterte statistische Behandlung, z.B. die Berechnung der Häufigkeit langjähriger Hochwässer, ferner die Abschätzung der Wichtigkeit einzelner Werte im Hochwasserbereich.
So ergibt z.B. ein Vergleich von Abb. 1 mit Abb. 2 b, dass bei der Berechnung der o-Phospnat-Fracht der Radolfzeller Aach mit Polynom nur ein einziger Tageswert eine (theoretisch) negative Fracht lieferte, die ohne grossen Fehler am Gesamtresultat gleich Null gesetzt wurde.
2.3.1.1
Polynome
Zur Formulierung der aus den Scharen der Einzelwerte hervorgehenden Funktionen erweisen sich die Polynome als brauchbar; sie sind verhältnismässig
einfach zu berechnen. So wurde an die Flussdaten von 1967/68 [34] durch
Regressionsrechnung für jeden Fluss und jede analysierte Komponente die
Funktion
y = a/x + b + cx
angepasst, wobei y die Konzentration, x die Wasserführung und a, bund c
Koeffizienten darstellen. Für jede Komponente ergaben sich bestimmte Koeffizientenwerte, welche die Kurven charakterisieren. In der Zwischenzeit wurden die statistischen Untersuchungen des Datenmaterials (einschliesslich des
in diesem Bericht vorliegenden) weitergeführt. Sie haben ergeben, dass mit
dieser Formel die überwiegend abwasserbürtigen Komponenten hinreichend gut
dargestellt werden, dass aber die Konzentrationsänderungen im Hochwasserbereich, welche für die Frachtsumme eine grosse Rolle spielen, ungenügend sicher wiedergegeben werden (siehe dazu die Beispiele Abb. 2). Ferner ist es
möglich, dass die theoretische Kurve in den negativen Konzentrationsbereich
ausläuft; in der erwähnten Arbeit, wie auch hier, wurde die Konzentration
in solchen Fällen gleich Null gesetzt.
Bei der vorliegenden Untersuchung 1971/72 wurde eine grössere Probenzahl
pro Fluss (25 - 30) erreicht als 1967/68 (max. 18), was ermöglichte, die
Güte der Anpassung von Polynomen der allgemeinen Formel
m
Y
~
i=n
a.
l
.
x
i
n
~
-2 ;
m
~
3
zu prüfen.
Diese Prüfung, bei welcher sämtliche möglichen Formeln durchgerechnet wurden,
ergab, dass die Gleichung
y = a/x + b + cx + dx
2
+ ex
3
mit wenigen Ausnahmen die geringste Fehlerquadratsumme liefert und somit am
besten geeignet ist.
In den Datenzusammenstellungen der Tab. 2 a und 2 b sind deshalb grundsätzlich die Resultate dieser Formel aufgeführt.
j
I
;
- 10 -
[g N/m 3]
9
Gelöster 8
Stickstoff
(GEL-N) 7
Stockacher Aach
6
5
4
,,
,
3
\
2
Polynom
\
\
\
\
\
\
\
o +---.---.----r---r---,----,.---~
o
Abb. 2 a
2
3
4
5
6
7
Qakt
[m 3/s]
Wahrscheinlichste Beziehung zwischen Abflus.s (Q-AKT) und
Konzentration an gelöstemN-TOT in der Stockacher Aach,
berechnet mit dem Polynom
y = a/x + b + cx +dx 2 + ex 3
[mg P/m3]
800
Rodalfzeller Aach
o-Phosphat
(P0 4 -P)
600
400
..
200
5
Abb. 2 b
10
15
Qakt
20
[m}s]
Wahrscheinlichste Beziehung zwischen Abfluss (Q-AKT) und
o-Phosphat Konzentration des Phosphors in der Radolfzeller
Aach, berechnet mit dem Polynom (siehe Abb 2 a) .
r
- 11 -
Ausnahmen:
Bregenzerache:
- Argen:
2
Ergebnisse der Funktion y = a/x + b + cx + dx
bei
CSB
gelöste restliche Phosphor-Verbindungen und TOC~F.
Da 1971/72 ein extremes Niedrigwasserjahr war, der Hochwasserbereich durch
die Probenentnahmen bis 1973 aber ausreichend erfasst wurde, gleichen sich
die aus den einzelnen Funktionen berechneten Frachten; durch die Extrapolation in den Hochwasserbereich, der in der Regel nur durch ~ehr wenige Konzentrationswerte gestützt ist, war kein ins Gewicht fallender Fehler entstanden.
Auch 1967/68 dürfte bei der Beurteilung der Hochwasserkonzentrationen kein
grösserer Fehler entstanden sein, da das grösste Hochwasser des Untersuchungszeitraums durch eine Probenentnahme erfasst worden war. Generell ist aber zu
berücksichtigen, dass man in einem Stichprobenprogramm durchaus nicht immer
in der Lage ist, von jedem Fluss die höchsten Hochwässer zu erfassen. Schon
die Forderung, sooft wie möglich (nicht voraussehbare) höhere Abflüsse zu
erfassen, bedingt einen grossen personellen Aufwand und verlangt grosse Einsatzbereitschaft der Mitarbeiter auch an Sonn- und Feiertagen und in der
Ferienzeit.
Um nun für die nicht erfassten extremen Abfluss-Situationen bei der Errechnung der Jahresfracht einen Schätzwert einsetzen zu können, ist man zur
Extrapolation gezwungen. Dieses Vorgehen kann wegen der Möglichkeit des
starken Abbiegens bei Polynomen zu ganz erheblichen Fehlern führen, wenn
die höchsten HocDwässer weit ausserhalb des mit Messdaten belegten Abflussbereiches liegen.
2.3.1.2
Exponentialfunktion
Für die Beurteilung der Frachten und der Wirksamkeit von Massnahmen im Einzugsgebiet des Sees ist die Kenntnis der Herkunft der Stoffe von grosser Bedeutung.
WAGNER und WOHLAND [37] schätzten den Anteil des Abwassers an der Fracht gelöster Phosphorverbindungen in Flüssen, indem sie die niedrigste monatliche
Fracht als rein abwasserbürtig annahmen und die übersteigenden Frachten in
den übrigen Monaten der Erosion ländlicher Areale zuschrieben. Diese monatlichen "übersteigenden" Frachten verhalten sich proportional zu der Zuflussmenge zum Bodensee •
Von den Ergebnissen eingehender Vorversuche ausgehend, wird hier die Konzentration einer bestimmten gelösten Komponente im Fluss als Summe aus einer
abwasserbürtigen und einer restlichen Konzentration aufgefasst. Eine dementsprechende geeignete Funktion sollte aus zwei Summanden bestehen, von denen
der eine den Verdünnun~sgang von Abwasserstoffen berücksichtigt und der andere den Konzentrationsverlauf von Stoffen aus ländlichen Arealen beschreibt.
Diese Forderung wird durch die im Folgenden verwendete Funktion erfüllt:
(y
A/x + B·e
y = Konzentration der Komponente
x = Abflussmenge
A, B, u, v, w = Koeffizienten
e = 2,718281 •••••
r
- 12 -
Gelöster 8
Stickstoff
(GEL-N) 7
Stockacher Aach
..
6
5
4
....... Total
~-- Erosion
3
2
~-­
-------- ---------
Abwasser
o'+-...e:;..........--r---.-_...-_......._-.-_--.---,.
o
3
4
5
6
m 3/s]
7
Qakt
Abb .. 3 a
Wahrscheinlichste Beziehung zwischen Abfluss (Q-AKT) und Konzentration des gelösten gesamten Stickstoffs (GEL-N) in der Stockacher Aach, berechnet mit der Exponentialfunktion (siehe 2.3.1.2),
mit Aufteilung in Abwasser- und Erosionsanteil.
[mg
P/m 3 ]
800
o-Phosphat
(PO.-P)
Radolfzeller Aoch
600
...........
400
,
'
20
....
_-- ......
Total
....
.... Erosion
---- ...•......•..... Abwasser
O+-~-.-~:......-~,......,.....,.-,.....,.-r-.,........,-.-..,.....,-.-.,--
o
5
10
15
20
[m%]
Qakt
Abb. 3 b
Wahrscheinlichste Beziehung zwischen Abfluss (Q-AKT) und Konzentration des o-Phosphat Phosphors in der Radolfzeller Aach, berechnet mit der Exponentialfunktion (siehe 2.3.1.2), mit Aufteilung in Abwasser- und Erosionsanteil.
r
- 13 -
I;
Bei positiven Koeffizienten (Bedingung~) fällt die Kurve, aus unendlich
kommend, stark ab (VerdünnulJ.gsgang A/x), um dann nach Durchlaufen eines
Wendepunktes einem mehr oder weniger ausgeprägten Maximum zuzustreben.
Dieses liegt häufig in dem Bereich, welcher mit Messdaten belegt ist.
Die Kurve nähert sich asymptotisch der Abszisse.
Die Funktion hat gegenüber Polynomen den Vorteil, dass sie nur positive
Konzentrationen zulässt und dass sie bei Extrapolationen im Hochwasserbereich nicht nach unendlich läuft. Der erste Summand A/x beschreibt konstante Frachten (A) und somit die sich mit zunehmender Wasserführung gesetzmässig verringernde Konzentration (Verdünnung). Er erfasst damit vor allem abwasserbürtige Verbindungen. Der zweite Summand berücksichtigt einen Anstieg
der Fracht', evtl. auch der Konzentration, die bei zunehmender Wasserführung
durch Ab- und Austrag von Stoffen aus ländlichen Arealen zustandekommt, und
erfasst damit den durch Erosion ausgelösten Transport, ferner die Erosion
im Flusslauf.
Zwischendeponie von abwasserbürtigen Stoffen und Stoffwechselvorgänge bzw.
deren Ergebnisse werden bei dieser theoretischen Aufgliederung nicht erkannt.
Berechnet wurde die Funktion als
K1
y
A
B {
x,
IIlln
x
+
J
(
K2 . x .
IIlln
x
I K3
J
K: : J}
x
m~n
x .
m~n
über Iterations- und Regressionsrechnungen (KI' K2' K3 und K4 = Koeffizienten; Xmin = kleinster, bei der Probenentnahme beobachteter aktueller Abfluss).
Sensibilitäts- und Stabilitätsprüfungen stehen noch aus.
Zusätzlich zu den Frachtberechnungen über Polynome wurden Konzentrationsund Frachtberechnungen über diese Funktion durchgeführt, einmal um die Er.gebniss~ aus den unterschiedlichen Auswertungsverfahren zu vergleichen, zum
anderen, um die Frachten von o-Phosphat, gelösten, restlichen Phosphorverbindungen und gelösten Stickstoffverbindungen (die Summe aus Nitrit, Nitrat,
Ammonium und gelösten restlichen N-Verbindungen) nach ihren verschiedenen
Quellen aufschlüsseln zu können. Der Koeffizient A in der Funktion gibt die
mutmassliche jahresmittlere Fracht aus Abwasser in der Dimension mg/sec an,
wenn mit mg/m 3 und m3/sec gerechnet wurde. Der zweite Summand gibt die Konzentration von Stoffen an, welche durch Erosion aus ländlichen Arealen und
aus dem Flussbett selbst mobilisiert werden (Abb. 3a, b). Nach Multiplikation
mit dem Abfluss ergibt sich die vom Abfluss abhängige Komponente der mutmasslichen Tagesfracht.
Voruntersuchungen zeigten, dass bei der Berechnung der Koeffizienten sowohl
in den Polynomen als auch in der Exponentialfunktion eine Verringerung der
Streuung erreicht werden kann, wenn statt der täglichen Abflussmittel die
aktuellen Abflusswerte zum Zeitpunkt der Probenentnahmen eingesetzt werden.
Entsprechend wurde in der vorliegenden Untersuchung verfahren.
- 14 -
2.3.1.3
Oberirdischer Abfluss
An den Stationen Abfluss übersee, Gottlieben und Abfluss Untersee wird
der Konzentrationsgang der Untersuchungsparameter direkt vom Stoffhaushalt
des oberhalb liegenden Sees bestimmt. Die verschiedenen Konzentrationsgänge
in Abhängigkeit von der Zeit lassen sich durch Sinuslinien oder durch mehrgliedrige Polynome darstellen. Nach Vorschlag von BUEHRER [4] wurde der Weg
über eine Polynomdarstellung gewählt, um den grossen Rechnungsaufwand bei
der Iteration der Koeffizienten in den Sinus funktionen zu umgehen. Deshalb
wurde folgender Rechenmodus angewandt:
- Von der gesamten Untersuchungsperiode von 1971-73 wurden die Entnahmetermine ohne Jahreszahl eingesetzt. So fallen alle Entnahmetermine in ein
einziges "Basisjahr".
- Um die Kurvenenden am Jahresanfang und am Jahresende ineinander übergehen
zu lassen, wurde das Basisjahr um die ersten und letzten vier Monate (diese am Schluss bzw. am Anfang angefügt) erweitert (Abb. 4).
2
[ON 1m ]
Abfluss Untersee
1.0
Polynom 5. Grad
Abb. 4
Wahrscheinlichste
Beziehung zwischen
der Jahreszeit und
_'dem Nitrat-Stickstoff
in g N/m 3 im Abfluss
des Untersees
(Hochrhein bei Stein
am Rhein)
NitratStickstoff
( N05-Nf
.6
.2
Erläuterungen siehe
2.3.1.3.
I·
Zeit (Monate)
4. 6. 8. 10. 1&.
Basisjahr
Regressionsbereich der
Polynomberechnung
·1
- Die Berechnung der Kurve wurde mit den Polynomen
y
a
y = a
0
0
+ a x + a x
1
2
+ a1x +
2
+ a x
3
3
............
bis zu
+ a x
8
8
durchgeführt.
(x = Zeit)
- Für die Fehlerberechnung wurde die Summe der Abweichungsquadrate gegenüber .
den betreffenden Kurven des Basisjahres ermittelt. Zur Berechnung der Standardabweichung wurden die verschiedenen Freiheitsgrade berücksichtigt.
- Für die Berechnung der Fracht wurden mit Hilfe der Polynome die Tages-Konzentrationswerte berechnet und mit mittleren Tages-Abflusswerten multipliziert. Die Summen ergeben die Monatsfrachten bzw. die Jahresfrachten.
~
-15-
t
2.3.1.4
Sicherheit der Resultate
Die in Tabelle 4 zusammengestellten Streubreiten stellen die statistisch
berechneten Wahrscheinlichkeitsgrenzen von 0.95 (in %) der einzelnen Frachten dar. Sie beinhalten den Probenentnahmefehler, alle nichtsystematischen
Analysenfehler sowie die Fehler, welche aus dem Berechnungsmodus resultieren.
Systematische Fehler können entstanden sein durch:
Tagesgänge der Konzentrationen, stabile Inhomogenitäten der Konzentrationen
im Querprofil etc. Da diese Fehler höchstens bei niedriger Wasserführung eine
Rolle spielen, haben sie kaum einen Einfluss auf die Monatsfrachten.
2.3.2
Kläranlagen
Die Frachtwerte der Kläranlagen-Abflüsse wurden auf Grund von Tagessammelproben oder von Stichproben ermittelt; diese Untersuchungen, welche je Kläranlage mehrmals stattfanden, waren über die Untersuchungsperiode verteilt und
erfassten unterschiedliche Wetter- bzw. Abflussverhältnisse. Im Falle der
Kläranlage St.Gallen erwies sich eine Direktuntersuchung als nicht möglich;
hier wurde der Vorfluter Steinach untersucht [2].
2.3.3
Uebrige Seeanlieger (einschl. Fremdenverkehr), restliche Industriewerte und landwirtschaftliche Nutzflächen
Die Belastung des Bodensees durch Anlieger, die mit den untersuchten Flüssen
und Kläranlagen nicht zu erfassen waren, wurde über Einwohnerzahlen (E) bzw.
Einwohnergleichwerte (EG) und die Industriefrachten über Gleichwerte oder
direkt ermittelt. Bei den Berechnungen der Stickstoff- und Phosphorfrachten
aus Einwohnergleichwerten wurde für Stickstoff 12 g N je Einwohner und Tag,
für Phosphor (einschl. Waschmittel) 4 g P je Einwohner und Tag, für den Austrag aus den restlichen ländlichen Arealen für Stickstoff 1350 kg N je km 2
und Jahr und für .Phosphor 135 kg P je km 2 und Jahr eingesetzt [15].
2.3.4
Niederschläge
In Langenargen werden seit 1973 Untersuchungen von Niederschlägen durchgeführt. Die Summe der erfassten Stofffrachten wird auf die entsprechende
Menge in 1000 mm Regenhöhe je Jahr und Seeoberfläche umgerechnet. Die Werte
von 1973 wurden auch für 1971/72 angenommen.
2.3.5 . Uebriger Eintrag
Uebrige Zufuhren (z.B, Vögel, Insekten) brauchen wegen ihrer Geringfügigkeit nicht berücksichtigt zu werden.
2.3.6
,
iI
I
I
J
Trinkwasserentzug
Aus dem Bodensee wird Trinkwasser entnommen. Ein Teil des Trinkwassers aus
dem Obersee wird aus dem Einzugsgebiet ausgeführt. Hierfür wurden aus den
in 60 m Wassertiefe angetroffenen Konzentrationen und der Trinkwassermenge
die monatlich und jährlich dem See entzogenen Stofffrachten errechnet.
- 16 -
2.3.7
Fischfang
Die Menge der jährlich gefangenen Fische wurde mit den entsprechenden Faktoren für die Umrechnung in Stickstoff und Phosphor multipliziert. Gerechnet
wurde mit 3,5 % N und 0,6 % P im Fischlebendgewicht.
2.3.8
Uebriger Entzug
Uebrige Verluste (z.B. Vögel, Insekten, Wasserpflanzen) können wegen ihrer
Geringfügigkeit vernachlässigt werden.
3.
ERG E B N ISS E
Die Ergebnisse sind in den Tabellen 2 bis 5 zusammengestellt. Sie entsprechen
den unveränderten Ausgabedaten des Rechners; von einer Rundung wurde abgesehen.
Die Abflüsse des Lipbachs wurden konstant gleich 0,5 m3/s gesetzt, da keine
Abflussmessungen gemacht wurden.
Die Frachten der organischen Komponenten BSBS' CSB und org. C werden nur als
Jahresfrachten angegeben. Da an einigen Stellen nur wenige Stichproben analysiert werden konnten, verbietet sich hier eine Fehlerberechnung und damit
auch eine genaue Bilanzierung, sodass diese Ergebnisse als Schätzwerte betrachtet werden müssen.
Es wurden folgende Datenzusammenstellungen gemacht:
3.1
Monatliche Abflussme?gen und Frachten je Komponente und je Zufluss,
Jahresabfluss und Jahresfracht je Komponente und je Zufluss, monatliche
Gesamtabflüsse und Gesamtfrachten je Komponente sowie Gesamtjahresabfluss und Gesamtjahresfracht je Komponente auf der Grundlage von Polynomberechnungen (im Falle des Neuen Rheins: Ergebnisse der Q-proportionalen Dauerprobenentnahme in Rhein-Schmitter) •
Tabelle 2 (Seiten 17 - 21) •
3.2
Monatliche Abflussmengen und Fra.c:.::hten, Jahresabfluss und Jahresfracht
je Komponente im Abfluss des Obersees und des Untersees auf der Grundlage von Polynornberechnungen, Tabelle 3 (Seite 22).
3.3
Die Streubreiten der Ergebnisse aus den Polynomberechnungen,
Tabelle 4 (Seite 23).
3.4
Monatliche Frachten und Jahresfrachten an o-Phosphat, gelösten restlichen Phosphorverbindungen und gelösten Stickstoffverbindungen auf
der Grundlage der Berechnung über eine e-Funktion, Tabelle 5
(Seiten 24 - 27).
3.5
Vergleich der Untersuchungsergebnisse von 1971/72 mit den Ergebnissen
aller bisher bekannten Zuflussuntersuchungen, Tabelle 6 (Seiten 28
und 29) •
17
Die dem übersee und dem Untersee von April 1971 bis März 1972 aus Flüssen zugeführten
Wassermengen und Stofffrachten
Tabelle 2:
Blatt 1
Zuflussmengen
Q-MIT
1972
1971
April
Mai
Juni
Juli
Aug.
Sept.
Okt.
Nov~
Dez.
Jan.
Febr.
März
Summe
OBERSEE
Stockacher Aach
1,0
0,9
1,1
1,0
0,8
0,7
0,8
1,0
1,0
O,B
0,8
0,8
10,7
See felder Aach
1,7
1,5
3,1
1,6
1,3
0,6
0,5
0,9
2,6
1,7
1,5
1,4
18,4
Lipbach
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
l,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
15,8
Rotach
2,7
1,6
4,7
3,1
1,5
1,2
1,2
2,4
3,6
1,9
2,4
1,6
27,9
17,9
13,2
32,9
18,9
14,4
12,0
11,3
19,0
22,6
14,8
16,2.
9,8
203,0
Schussen
Argen
Bregenzerache
54,0
29,5
94,8
33,5
32,0
25,1
22,3
33,7
41,3
23,1
21,4
20,0
430,7
159,1
128,1
249,2
65,7
74,9
49,1
43,0
57,9
79,8
22,5
25,1
35,0
989,4
29,9
13,1
43,0
9,4
12,0
8,9
8,9
9,5
13,2
3,7
4,1
5,6
161,3
Neuer Rhein
470,1
760,0
882,1
752,4
529,4
328,5
239,1
217,4
230,1
229,9
129,6
259,1
5090,7
Alter Rhein
27,9
24,4
46,8
30,3
24,3
19,2
13,1
12,1
21,3
11,5
9,9
9,9
250,7
765,6
973,6
1359,0
917,2
691,9
446,6
341,5
355,2
416,8
311,2
275,3
344,5
7198,6
622,0
831,9
1058,1
1092,5
813,0
694,7
486,1
365,3
413,4
400,7
322,1
324,8
7424,6
20,2
28,2
40,8
32,7
18,8
11,8
6,5
10,0
11,4
9,2
10,6
8,8
209,0
624,2
860,1
1098,9
1125,2
831,8
706,5
492,6
375,3
424,8
409,9
332,7
333,6
7633,6
Mai
Juni
Juli
März
Summe
Dornbirnerache
Summe
UNTERSEE
Rhein/ Gottl.
Radolfz. Aach
Summe
Ammonium
(kg N)
.NH4 -N
1971
April
1972
Aug.
Sept.
Okt.
Nov.
Dez.
Jan.
Febr.
Fehler
%
OBERSEE
Stockacher Aach
494
468
516
498
460
403
422
473
494
455
411
453
5567
. ± 51
See felder Aach
534
451
1151
494
373
146
113
216
928
510
469
384
5769
± 15
6120
6324
6120
6324
6324
6120
6324
6120
6324
6324
5916
6324
74660
Lipbach
Rotach
Schussen
Argen
687
402
1434
820
364
263
252
602
941
477
609
397
7248
21899
19983
29198
22758
20592
18974
18989
22372
24628
20852
20645
18228
259118
± 13
4660
1369
15668
1906
1929
1091
878
2245
2883
856
802
726
35013
± 22
± 31
Bregenzerache
5419
4691
6748
2750
2576
2330
1952
2617
3582
Dornbirnerache
8960
15132
16114
13059
14626
11906
11688
12814
15407
10130'
Neuer Rhein
17785
24892
17294
26248
12447
12051
1754
34989
13590
Alter Rhein
7760
7873
14109
9123
8593
7369
6314
5413
74318
81585
108352
83980
'68284
60653
48706
87861
Summe
± 16
1360
2011
37168
10375
12510
152721
± 26
13338
9979
9561
193928
± 33
7981
6491
5776
5915
92717
± 14
76758
60565
56342
56509
863909
1132
UNTERSEE
Rhein/ Gottl.
52813
64041
85349
103150
96361
101300
85202
71954
75301
63309
41914
33592
874286
± 18
Radolfz. Aach
12990
16750
20260
19930
13430
13770
13570
13110
14340
14400
13390
14350
180270
± 18
Summe
65803
80791
105609
123080
109791
115070
98772
85064
89641
77709
55304
47942 1054556
r
- 18 -
Ni tri t
Tabelle 2
(kg 1'1)
Blatt 2
1972
1971
Aug.
Sept.
Nov.
Jan.
Febr.
März
Summe
Fehler
Juni
Juli
77
78
82
80
78
83
71
7'5
79
63
80
917
± 46
70
173
74
62
36
29
45
121
73
65
64
887
± 18
154
159
154
159
159
154
159
154
159
159
149
159
1882
116
64
254
147
59
45
44
106
169
76
104
62
1246
±11
Schussen
1846
1408
3599
2113
1490
1294
1313
2098
2519
1466
-1702
1325
22173
± -15
Argen
± 16
April
Mai
Stockacher Aach
71
See felder Aach
75
Lipbach
Rotach
Okt.
%
OBERSEE
1352
641
2176
758
726
527
448
774
997
468
433
386
9686
Bre~enzerache
734
643
1154
364
385
284
250
325
447
143
161
226
5116
±, 28
Dornbimerache
599
782
939
656
750
603
605
655
787
500
511
616
8003
± 34
Neuer Rhein
3053
5265
4769
3578
2878
1874
748
1178
1271
1154
1365
1102
28235
± 13
Alter Rhein
1089
920
1375
1080
823
651
363
347
725
272
220
207
8072
± 41
Summe
9089
10029
14671
9011
7412
5546
4042
5753
7270
4390
4773
4227
87217
Rhein/Gottl.
5350
9918
14414
14684
9389
6174
2936 _
1560
27
o
244
1450
66146
± 12
Rado1fz. Aach
2865
3553
2898
3625
2700
1749
1114
1557
1704
1428
1585
1372
26151
± 34
Summe
8215
13471
17312
18309
12089
7923
4050
3117
1731
1428
1829
2822
92297
~ai
Juni
Juli
rebr.
'~rz
Summe
UNTERSEE
Nitrat
(kg 1'1)
1972
1971
April
Aug.
Sept.
Okt.
Nov.
Dez.
Jan.
Fehler
%
OBERSEE
Stockacher Aach
2722
2491
2887
2711
2446
2125
2329
2578
2661
2409
2202
2398
29959
±
6
Seefelder Aach
3821
3356
7028
3600
2872
1235
967
1753
6083
3753
3424
2959
40851
±
8
Lipbach
2378
2457
2378
2457
2457
2378
2457
2378
2457
2457
2299
2457
29014
±
7
Rotach
Schussen
Argen
Bregenzerache
5713
'3234
13225
7082
2911
2063
.·1960
5030
8004
3876
5070
3198
61366
28930
16171
70850
31891
19124
13704
11611
32623
42216
19948
25530
88342
400940
83744
44027
149740
50585
48780
37559
33570
51499
63450
34525
32044
30204
659727
±
101920
82134
163890
42948
48818
31823
28053
37439
51995
14643
16372
22869
642904
± 10
2750
132150
±
8
107766 1850272
±
9
29357
9956
43117
6681
7769
6475
5985
6809
9990
1444
1817
Neuer Rhein
228506
339067
295270
164956
117005
69683
73875
122578
112729
110858
107979
Alter Rhein
43318
37186
63736
44780
35136
27184
16191
15218
30252
12950
10707
530409
540079
812121
357691
287318
194229
176998
277905
329837
206863
207534
273402 4194300
344870
362650
357190
311260
233780
245080
236960
242370
310530
313330
242430
216970 3417420
61790
83280
103900
95490
59240
42410
25360
34990
41930
35730
38450
406660
445930
461090
406750
293020
287490
262320
277360
352460
349060
280880
Dornbirnerache
Summe
10459
347117
± 12
6
± 33
UNTERSEE
Rhein/Gottl.
Rado1fz. Aach
Summe
34200
656820
251170 4074240
±11
±
5
- 19 -
Gelöste organische' Stickstoffverbindungen
NOGEL
(kg N)
Tabelle 2
1971
April
Blatt 3
1972
Mai
Juni
Juli
Aug.
Sept.
Okt.
Nov ..
Dez.
Jan.
Febr.
März
Summe
Fehler
%
OBERSEE
Stockacher Aach
See felder Aach
690
720
676
713
699
617
680
682
738
704
624
698
8241
±13
1150
1057
1708
1107
937
446
357
606
1640
1167
1053
966
12194
± 12
Lipbach
798
825
798
825
825
798
825
798
825
825
772
825
9740
Rotach
990
543
2135
1249
504
390
381
911
1453
642
887
526
10611
± 12
Schussen
11746
6653
21419
11150
8044
5558
3856
11598
14668
9108
10084
1815
115699
± 17
Argen
18181
8605
32774
10221
10096
7261
6359
10526
13866
6564
6085
5636
136174
±
Bre.genzerache
30147
24800
46398
12568
14096
9686
8357
11363
15479
4476
5003
6997
189370
± 21
8
Dornbirnerache
14692
12611
21560
10352
12307
9578
9807
10301
12737
7112
7330
8925
137312
± 41
Neuer Rhein
36881
47706
75489
36732
24947
5369
18695
19667
16606
17706
20950
29187
349935
± 23
Alter Rhein
16963
14410
17041
15970
12192
9679
4773
4657
10717
3220
2433
2133
114188
± 55
132238
117930
219998
100887
84647
49382
54090
71109
88729
51524
55221
Rhein/Gottl.
63567
133419
196361
180020
107039
108010
130268
104536
117449
71981
28083
19954 1260687
± 12
Rado1fz. Aach
17491
24720
41610
29720
16600
11870
9058
11020
11800
10570
11090
10310
± 19
Summe
81058
158139
237971
209740
123639
119880
139326
115556
129249
'82551
39173
302641466537
Summe
57708 1083464
UNTERSEE
Partikuläre Stickstoffverbindungen
NPART
(kg
N)
1971
April
205850
1972
Mai
Juni
Juli
Aug.
'Sept.
Okt.
Nov.
Dez.
Jan.
Febr.
.März
.Summe
Fehler
%
OBERSEE
Stockacher Aach
242
174
250
195
145
87
110
215
214
146
175
137
2090
± 39
Seefelder Aach
391
z"96
1143
339
220
39
29
90
771
357
340
229
4244
± 40
Lipbach
581
600
581
600
600
581
600
581
600
600
561
600
7083
512
128
2523
952
125
97
95
553
1048
180
473
101
6787
± 29
8565
7222
21898
8147
7637
6892
6461
8064
8586
8046
7510
5377
104405
± 40
Argen
32615
3789
154910
8514
9685
2497
1242
12541
17216
622
677
496
244804
± 57
Bregenzerache
31614
18972
103640
9825
14220
4363
4809
5914
9942
1106
1091
1361
206857
!!: 34
Rotach
Schussen
Dornbirnerache
10906
4355
48019
3122
4128
3130
2498
3268
4208
1644
1621
1895
88794
± 24
Neuer Rhein
74645
139040
295440
121050
87019
41744'
20451
19179
20603
19545
18981
23913
881610
± 18
Alter Rhein
5006
4130
16016
6738
5211
3500
2383
2024
4084
2173
1848
1818
54931
± 26
165077
178706
644420
159482
128990
62930
38678
52429
67272
34419
33277
35927 1601605
95276
101010
125030
131500
81984
39939
19028
80389
120750
130400
93327
70360 1088993
9532
14430
9389
15170
8179
3362
1615
3456
3015
2091
3065
104808
115440
134419
146670
90163
43301
20643
83845
123765
132491
96392
Summe
MERSEE
Rhein/Gottl.
Rado1fz. Aach
Summe
1958
75267
72318 1164260
± 23
± 50
I!
r
- 20 -
o-Phosphat
Tabelle 2
(kg P)
1972
1971
April
Blatt 4
Mai
Juni
Juli
Aug.
Sept.
Okt.
Nov.
Dez.
Jah ..
Febr.
März
Summe
Fehler
%
OBERSEE
Stockacher Aach
337
311
350
334
304
263
289
320
3~2
300
275
298
3713
± 24
Seefelder Aach
326
304
636
321
274
154
125
194
493
323
287
280
3717
± 12
17i5
1772
1715
1772
1772
1715
1772
1715
1772
1772
1657
1772
20918
Lipbach
482
302
751
520
273
199
190
409
615
355
424
301
4821
± 13
Schussen
7108
5391
8926
6958
5942
4932
4378
7032
8247
6341
6484
3384
75123
± 15
Argen
6861
3092
11360
3712
3547
2508
2087
3810
4975
2187
2020
1763
47922
± 13
Bregenzerache
4940
4224
6193
2210
2398
1782
1540
2054
2734
903
995
1363
31336
± 19
Dornbirnerache
3718
2499
4829
1834
2029
1701
1526
1885
2490
977
1067
1391
25946
±100
Neuer Rhein
9293
10934
14172
10521
9899
8256
7458
7068
7369
7356
6506
7689
106521
± 15
Alter RheiI'l:
5072
4396
5855
4975
3923
3198
1945
1862
3517
1559
1303
1266
38871
± 52
39852
33225
54787
33157
30361
24708
21310,
26349
32544
22073
21018
19507
358888
15811
14614
12738
11061
10032
12826
14018
15021
19458
18657
13500
11069
168805
± 17
8551
13910
15030
16070
7470
4189
4384
5051
4091
3867
4219
3894
90722
± 12
24362
28524
27768
27131
17502
17015
18402, 20072
23549
22524
17719
14963
259527
'März
'Summe 'Fehler
Rotach
Summe
UNTERSEE
Rhein/Gottl.
Radolfz. Aach
Summe
Gelöste restliche Phosphorverbindungen
POGEL
(kg P)
1972
1971
April
Mai
Juni
Juli
Aug.
Sept.
Okt.
"Nov..
Dez.
Jan ..
Febr.
%
OBERSEE
85
63
87
72
57
41
48
76
75
56
61
54
775
± 49
See felder Aach
106
95
133
100
83
34
25
50
152
108
98
86
1070
± 46
Lipbach
680
703
680
703
703
680
703
680
703
703
658
703
8301
Stockacher Aach
229
145
329
259
137
114
113
209
310
165
206
'142
2358
± 37
Schussen
5200
5006
5951
5517
5078
4780
4907
5390
5870
5069
5007
4909
62684
± 34
Argen
2603
1436
4255
1637
1662
1301
1245
1709
2068
1246
1164
1185
25511
± 33
304
907
8644
1410
1089
1177
1178
1190
1618
913
1014
1346
20790
± 58
Dornbirnerache
2969
2448
4951
1873
2047
1740
1556
1921
2430
1195
1256
1567
25953
± 30
Neuer Rhein
5742
8201
10098
4875
3152
1160
1496
1626
4135
6837
3215
6342'
56879
±11
Alter Rhein
1050
1158
2142
1315
1324
1125
933
726
1225
1014
883
886
13781
± 43
18968
20162
37270
17761
15332
12152
12204
13577
18586
17306
13562
17220
214102
Rhein/Gottl.
2686
4570
9145
10718
6008
2725
2812
7991
12821
11233
5878
2762
79349
± 23
Radolfz. Aach
1084
1393
996
1422
1006
619
387
560
599
495
562
476
9599
± 47'
Summe
3770
5963
10141
12140
7014
3344
3199
8551
13420
11728
6440
3238
88948
Rotach
Bregenzerache
Summe
UNTERSEE
- 21
Partikuläre Phosphorverbindungen
Tabelle 2
(kg P)
1972
1971
PPART
April
Blatt 5
Mai
Juni
Aug.
Juli
Okt.
Sept.
Nov ..
Dez.
Jan ..
Febr.
März
Summe
Fehler
%
OBERSEE
138
Stockacher Aach
226
See felder Aach
60
144
179
691
110
179
58
35
40
110
90
48
66
48
982
± 23
84
o
o
15
517
194
195
89
2334
± 36
769
744
769
744
769
769
719
769
9076
Lipbach
744
769
744
769
Rotach
409
81
1242
643
82
64
64
425
820
126
365
53
4374
5555
3192
20295
6060
3668
2841
2527
6117
7544
3788
4596
2000
68183
± 31
Argen
17363
1641
104260
4194
4914
1122
429
6525
8504
9
128
25
149114
± 21
Bregenzerache
21394
13410
70129
5988
8746
2694
2636
3849
6509
102
164
439
136060
± 27
3098
2818
13273
2578
3496
2299
2586
2443
2881
1907
1994
2399
41772
± 17
Neuer Rhein
28876
64286
144590
53909
33978
15827
6529
5798
6397
6008
5597
8189
379984
± 12
Alter Rhein
3031
2396
9426
3952
2963
1857
1150
1060
2182
919
771
750
30457
± 38
80834
88797
364829
78382
58758
27483
16730
27086
36213
13870
14595
14761
822336
11443
14869
15469
11299
5057
3074
2680
3319
1691
2513
3497
5120
80031
± 38
3014
2921
3849
2536
2852
1435
146
988
1293
743
1113
631
21519
± 49
14457
17790
19318
13835
7909
4509
2826
4307
2984
3256
4610
5751
101550
Schussen
Dornbirnerache
Summe
± 23
UNTERSEE
Rhein/Gottl.
Rado1fz. Aach
Summe
Gelöste und partikuläre Kohlenstoffverbindungen
Fehler
CSB
Fehler
COGEL
Fehler
TOC
Fehler
CPART
je Jahr:
%
t
%
C
t
C
%
t
C
OBERSEE
Stockacher Aach
17
± 29
118
± 23
40
±13
57
± 28
17
Seefelder Aach
34
± 24
304
± 19
78
± 12
128
± 28
50
± 21
120
± 10
204
± 19
84
Lipbach
132
84
616
±
133
207
74
8
494
1276
± 26
8645
±
2831
± 10
4009
±13
1178
Arg7n
1043
± 20
8218
± 15
2138
± 12
3875
± 23
1737
Bregenzerache
1630
± 17
10367
± 17
2038
± 14
4136
± 17
2098
Dornbirnerache
828
± 26
7288
± 10
1404
± 29
2141
± 25
31116
± 22
8035
± 48
21011
3876
± 19
139'3
±1O
2464
Rotach
Schussen
Neuer Rhein
9833
Alter Rhein
791
Summe
± 39
7
71042
15668
18210
±
± 10
737
12976
1071
20022
28232
UNTERSEE
± 34
Rado1fz. Aach
Seerhein (Konstanz)
11142
3469
49878
± 34
840
16360
± 25
1036
20660
± 27
196
4300
r
- 22 -
Tabelle 3:
Monatliche Abflussmengen und Stofffrachten aus dem Obersee und aus dem Untersee von April 1971 bis März 1972
Stofffrachten im Abfluss des Obersees (Seerhein bei Konstanz)
1971
April
1972
Mai
.Juni
Juli
Aug.
Sept.
Okt .
Nov.
Dez.
Jan.
Febr.
.März
Summe
Fehler
%
Abflussmengen
(10 6 m3 )
622,0
831,9
1058,1
1092,5
813,0
694,7
486,1
365,3
413,4
400,7
322,1
324,8
7424,5
Ammonium (kg N)
31389
35947
41131
41551
33096
32037
26361
23016
32525
30507
22266
19356
369182
774
57846
±
9
±
7
± 53
Nitrit
(kg N)
3141
6804
11503
13343
9645
6865
3202
1224
752
317
276
Nitrat
(kg N)
331380
374230
404090
377010
280010
266970
227600
211180
286770
283440
218780
199600 3461060
NOGEL
(kg N)
67809
90212
123890
145040
126660
124600
98416
79122
74081
63197
43952
38563 1075542
NPART
(kg N)
73057
103860
133470
132730
89858
66768
37920
22136
25095
29338
28603
34073
776908
±21
Phosphat (kg P)
11272
6681
3052
3583
7575
13398
16113
17292
26772
23533
15056
10307
154634!
± 35
± 20
POGEL
(kg P)
4162
4804
5589
5764
4682
4571
3750
3228
4300
4046
2952
2563
50411
± 45
PPART
(kg p)
8732
12775
16352
15748
9925
6581
3047
1296
1125
2138
2732
3784
84235
± 23
Febr.
März
Summe
Fehler
Stofffrachten im Abfluss des Untersees (Stein am·Rhein)
1971
April
1972
Mai
Juni
Juli
Aug.
Sept.
Okt.
Nov.
Dez.
Jan.
%
Abflussmengen
(10 6 m 3 )
646,2
865,6
1107,1
1131,8
835,5
708,4
493,9
377 ,1
427,0
411,8
335,2
335,6
7675,0
Ammonium (kg N)
78036
98829
118690 ·114320
79719
65209
45037
35434
54256
53539
43425
42332
828826
± 19
5932
10610
14840
11950
7012
3869
2879
2101
1690
2207
99129
± 10
Nitrit
(kg N)
16748
19291
±
Nitrat
(kg N)
378530
392920
378070
316140
231090
238430
224720
224410
308080
322540
260820
336210 3611960
NOGEL
(kg N)
104990
142340
184340
190470
141940
121010
84464
64179
68292
65613
53513
53967 1275118
±11
NPART
(kg N)
94638
131370
173990
182970
138160
118330
82133
61224
59324
56610
46437
47600 1192786
± 30
Phosphat (kg P)
2'1698
22952
23543
22653
20792
25388
25930
25554
26956
23294
16437
13807
269004
± 14
5
POGEL
(kg p)
7427
9562
11762
11649
8402
7082
5019
4002
5318
5123
4106
3997
83449
± 17
PPART
(kg P)
10717
15320
20920
22581
17440
15138
10547
7779
6886
6318
5106
5272
144024
± 38
.;::a
'"
-----------------------------------~
'I'abelle 4:
Prozentuale Grenzen der Jahresfrachten mit p
NH
4
N0
2
N0
3
~~
__ ·,·.'c·".,'C_""'. __r-=
~
.J<1>M\Ji1.IUP
= 0.95
KJF-N
NPART
NOGEL
N-TOT
P0 -P
4
P-FIL
P-TOT
PPART
POGEL
TOC
TOCF
CSB
BSB
5
Stockacher Aach
50.8
45.8
5.5
25.6
39.0
13.3
9.5
23.7
23.6
24.8
23.4
49.0
28.1
12.5
22.9
29.4
Seefelder Aach
15.3
18.0
7.6
8.8
.40.3
12.3
5.4
11.6
.16.1
20.6
36.1
45.8
28.1
11.5
19.4
23.5
Rotach
15.6
10.8
6.8
10.3
28.6
12.3
5~4
12.7
13.6
17.3
22.7
36.5
19.1
10.0.
20.9
8.3
Schussen
13.2
14.7
11.9
9.8
40.1
16.9
8.2
14.6
16.8
22.3
31.0
34.4
12.9
9.7
7.3
25.9
Argen
22.2
16.4
5.6
9.0
56.9
8.4
13.9
12.7
15.4
29.0
21.0
32.7
22.6
12.0
14.6
20.1
Bregenzerache
30.5
27.6
10.4
17.9
33.5
20.6
8.8
18.8
24.9
35.9
27.2
58.2
17.2
13.6
17.2
16.8
Dornbirnerache
26.2
34.1
7.5
25.4
23.8
40.9
20.0
99.7
16.3
20.5
17.0
30.4
24.9
29.3
9.5
26.0
Neuer Rhein
33.1
12.6
8.6
17.4
18.0
22.9
7.6
15.0
19.8
11.1
11.8
10.9
4.0
47.5
22.2
Alter Rhein
14.0
40.7
33.3
31.1
26.4
54.7
29.5
52.3
48.2
38.8
37.7
43.3
10.5
9.7
19.2
29.8
Seerhein
52.7
8.8
6.9
24.4
21.0
19.7
6.5
34.7
35.0
27.2
22.9
45.4
13.3
16.5
20.9
50.3
Gottlieben
18.0
12.4
10.8
27.0
22.5
11.8
8.4
17.1
15.0
7.7
38
22.9
Radolfzeller Aach
18.4
34.2
4.9
14.5
·50.4
18.6
6.9
10.8
9.9
10.7
49.2
47.0
34.2
42.0
Abfluss Untersee
19.1
9.9
5.3
9.5
29 .• 6
11. 3
6.5
13.8
11.6
12.8
37.8
16.9
23.9
7.7
22.5
N
W
r
- 24 -
TABELLE 5:
DIE MONATS- UND JAHRESFRACHTEN UND DER
ABWASSERBÜRTIGE ANTEIL, BERECHNET MIT DER
EXpoNENTIALFUNKTION
~.------.--_
FI.USS :
.. --_._._ ..AACH
__ ._ ... -- ....
B
15&.522
88.140!
21 492.2
PARAMETE~
P04~P
GEI.OP
GEL.~N
APRIl.
MAl
JUNI
JUL.I
AUGUST
SEPTEMBER
OKT08ER
NOVEMBER
DEZEMBER
JANUAR
FE8RUAR
MAERZ
JAHR
1'04-1'
TOTAl.
.977
.72&
1.007
.780
.701
.&&&
.&88
.725
.793
.&88
.755
.688
9,194
A8W.~
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X-~IN.
STOCI<AC~ER
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2.13528
.715958
.228174
P04~P
A8~.
.&&&
.&88
.&&&
.&88
.&88
.&&&
,&88
.&&&
.&88
.&88
.644
~688
8.123
88.4 0/0
: .&00000
1<2
1.53951
1.39991
7.37730
.. _-M3/S.. --.--_ ...--- ...........
K3
151.109
5.29315
.158597
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.21
.141888
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11.99&
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.157
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8.213
.099
.108
7.9212
8.5&4
.11112
.11 &
8,793
7.&47
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.14&
7.9212
9.432
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1.902
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.134
7,392
9.037
.096
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110,43& 93.290
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JAHR
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SEEFEL.OER AACH
8
190.595
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1'04-1'
TOTAl.
.81'1
.734
1,337
,792
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,335
.327
1.019
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.88&
.712
9,000
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1.13423
9.84334'1E~12
8,182389E.1/j2
P04-P
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.058
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,05&
,058
,058
,054
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1.19321
1.00741
9&94,28
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11.4153
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ABW.
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,317
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.218
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23,97&
,000
,352
.317
12.58&
,000
,233
9,5&8
.317
,189
.000
7,113
.307
,000
,146
.317
4,421
,095
.000
,307
4,43&
,000
,2193
,317
17,024
,000
.291
.317
13.804
.000
.25'1
.297
14.500
.000
.258
,317
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3.743
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2,599
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- 25-
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GEL.OP
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APRIL.
MAI
JUNI
JUL.I
AUGUST
SEPTEMBER
OKTOBER
NOVEMBER
DEZEMBER
JANUAR
FEBRUAR
MAERZ
JAHR
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B
132.455
221.350
33660.5
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.7981178
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.171
.113
.396
.110
.589
.113
.361
.113
.421
.10&
.327
.113
4.788
1.337
ABw •• 27.9 0/111
K2
1.1110706
2.51>193
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37.6020
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GEL.OP
GEL.OP
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ABW.
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OTAL.
TOTAL.
.243
7.530
.954
.114
3.998
.985
.120
.118
17.191
.954
.317
.114
.217
.11B
9.617
.985
.118
3.&84
.985
.128
2.778
.954
.114
.114
.118
2.694
.985
.118
6.897
.2212
.954
.114
.31l9
.118
11.158
.985
4.783
.14O
.118
.985
.195
.11121
6.72O
.922
3.8&3
.985
.118
.118
2.218
1.387
8O.913 11.&34
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PARAMETER
P04·P
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MAI
JU~I
JUL.I
AUGUST
SEPTEMBER
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NOVEMBER
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JA~UAR
FEBRUAR
MAERZ
JAHR
B
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3&5.628
2&3572
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K2
K4
K3
390.353
.895444
1.06601
7.139853E"02
I.B0141
341,139
.352338
1.2B&12
2.746900E-13 2.54408IE+12 5.225&70E .. 02 1.925929E"43
P04"P
P04"P
ABW.
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.39121
59,771 32,0&1
.1117
.'117
7,21&
4.9<?b
1063,5&3,378,531
ABw.- 108.3 0/0 ABw,z 35.b 1l/0
G:I.OP
TJTAL.
\,
c;
r
- 28 -
Tabelle 6:
Zufluss
Stockacher
Aach
See felder
Aach
Lipbach
Rotach
Schussen
Vergleich der Untersuchungsergebnisse von 1971/72 mit den
Ergebnissen aller bisher bekannten Zriflussuntersuchungen
(alle Angaben in t/Jahr)
Jahr
Q
1958/59
1961
1960-63
1967/68
1967/68
1971/72
1971/72
1971/72
0,056
1958/59
1961
1967/68
1967/68
1971/72
1971/72
1971/72
0,086
1961.
1967/68
1971/72
1958/59
1961
1967/68
1967/68
1971/72
1971/72
1971/72
0,055
0,055
0,011
0,011
0,011
0,093
0,018
0,018
0,018
0,016
0,016
1967/68
1967/68
1967/68
1968/69
1971/72
1971/72
1971/72
1971/72
10
18
7
2
3
0,055
0,055
0,028
0,028
0,028
41
38
12
33
4
144
2
3
7
3
4
9
1
3
4
42
75
0
1
2
5
24
29
1
2
69
59
121
32
16
7
61
1
7
10
7
26
11
47
7
81
1
17
21
2
8
5
5
8
5
5
5
2
2
200
160
140
340
17
185
24
534
154
73
23
66
75
77
112
46
63
68
38
138
230
259
280
790
401
732
274
17
22
34
4
6
13
24
25
32
210
140·
9
5
5
120
30
2
6
7
0,247
0,303
0,303
0,303
0,326
0,203
0,203
0,203
0,203
150
140
194
1
0,041
1957
1957/58
1958/59
1961
1961/62
1962
NH -N N0 -N N0 -N NOGEL NPART P0 -P POGEL PPART CPART Ref.
4
3
2
4
[14]
3
120
[12 ]
4
130
3
12
[13 ]
1
110
[34 ]
2
7
23
137
3
15
[36
]
499
25
29
Polyn.
16
1
1
4
2
8
30
1
6
e-~~unk.
2
9
110
55 [36 ]
3
3
116
104
148
49
135
101
68
44
[14]
[12 ]
[34 ]
611 [36 ]
50 ·Polyn.
e-Funk.
107 [36 ]
[12 ]
[34]
74 über
mittl.
Konz.
[14 ]
[12 ]
[34 ]
656 [36 ]
84 Polyn.
e-Funk.
80 [36 ]
Schätzg.
n. [22]
[31 ]
[14 ]
[12 ]
[31]
Schätzg.
n. [22]
[34 ]
3908 [26 ]
2911 [36 ]
[29 ]
1178 Polyn.
e-Funk.
[26 ]
1097 [36 ]
- 30 -
4.
DIS K U S S ION
Bei der Beurteilung der Stofffrachten im Zusammenhang mit der Reinhaltung
des Bodensees stehen folgende Fragen im vordergrund:
- Haben sich die Stofffrachten in den Zuflüssen seit der letzten Untersuchung verändert?
- Welchen Einfluss haben die vom langjährigen Mittel abweichenden hydrologischen Verhältnisse auf die Stoffzufuhr?
Welche Flüsse belasten den Bodensee besonders und in welchem Masse?
- Ist ein Einfluss der Sanierungsmassnahmen auf die Entwicklung der Stofffrachten zu erkennen?
- Wie gross ist der Anteil der durch Erosion aus dem ländlichen Areal ausgetragenen Stofffrachten .an der Gesamtbelastung des Sees?
- Wie stehen Zufuhr und Abfuhr von Stoffen einander gegenüber (Nettobilanz)?
Die Vergleichbarkeit der zu beurteilenden Daten ist nicht in allen Fällen
gegeben. Zwangsläufig haben sich sowohl die Analysenmethoden als auch die
Verfahren der Probenentnahme im Interesse der ständigen Verbesserung der
Stoffbilanzierung und deren Vervollständigung geändert. Wegen des sehr grossen technischen und personellen Aufwandes kann diese Bilanz nur in grösseren
zeitlichen Abständen durchgeführt werden. Besonders ist deshalb auch auf Unterschiede im Durchflussregime des Sees zu achten (Hochwasser- und Niedrigwassersituationen und -jahre).
In Tab. 6 sind alle verfügbaren Angaben über Stofffrachten in Bodenseezuflüssen zusammengestellt, soweit sie sich mit den Ergebnissen aus 1971/72
vergleichen lassen. Die Daten der Untersuchung 1961 der Internationalen Gewässerschutzkommission für den Bodensee [12] lassen sich aus folgenden Gründen nur zum Teil verwenden:
l~
Bei der Analyse gelöster Verbindungen in den Proben aus Leiblach-Kanal,
Bregenzerache, Dornbirnerache, Lustenauer Kanal und Neuem Rhein konnten
damals keine befriedigenden Filtrate hergestellt werden.
2. Im Filtrat von allen Proben wurden nur die "Direktbestimmungen" durchgeführt, nicht aber Analysen von "Gesamtphosphor" und "Kjeldahl,..Stickstoff",
sodass eine Differenzierung in "partikulär" und "gelöst restlich" nicht
möglich ist.
3. Die Wasserführungen überstiegen während der Probenentnahmen Mittelwasser
nur in wenigen'Fällen, und dann nur geringfü~ig, d.h. Hochwassersituationen wurden nicht erfasst. Auch die Untersuchungsergebnisse von MAERKI [16],
MUELLER [20], WAGNER [33, 34] und WIESER & LINK [39] zeigen, dass deshalb
alle Ammonium-, Nitrit- und o-Phosphat-Messungen in den genannten Flüssen,
ferner die Angaben der Jahresfrachten von Ge~amtstickstÖff und Gesamtphosphor aus sämtlichen Flüssen nicht verwendbar sind; die Nitratfrachten dürften, da weitgehend bodenbürtig und deshalb nur sehr unvollständig erfasst,
in Wirklichkeit ebenfalls g~össer gewesen sein.
.
r
- 31 -
Von den meisten Zuflüssen liegt genug Material vor, um sich ein Bild von
der Entwicklung der Stofffrachten bis 1972 machen zu können: Die für die
Eutrophierung des Bodensees massgeblichen o-Phosphat-Frachten stiegen in
allen Flüssen weiter an (siehe dazu Abb. 5 als Beispiel).
Abb. 5
Zunahme der o-Phosphat-Fracht der Schussen zwischen 1957 und
1972. Der untere Punkt von 1972 stammt aus der vorliegenden
Untersuchung (Polynomberechnung); der angegebene Streubereich
liegt innerhalb der 0.95 Wahrscheinlichkeitsgrenze
(siehe Tabelle 3).
1971/72 war ein extremes Trockenjahr, und ein Teil der Erosionsfracht ist
ausgefallen. Deshalb wären in einem mittleren Abflussjahr bei allen Komponenten höhere Frachten zu erwarten gewesen. Dies zeigen auch die ausserordentlich niedrigen Frachten der partikulären Komponenten und zum Teil des
Nitrats, welche von Sanierungsmassnahmen praktisch nicht erfasst werden.
Die Daten in Tab. 3 und 6 bestätigen, dass die wasserreichen Flüsse auch
die grössten Frachten der untersuchten Komponenten in den See transportieren, dass die grössten Konzentrationen gelöster Verbindungen aber in den
wasserärmeren Flüssen auftreten. Die Konzentrationen gelöster Stickstoffund Phosphorverbindungen im Neuen Rhein und in der Bregenzerache lagen unter
denen im Obersee selbst.
Die grössten Stofftransporte fielen in die Hochwasserperioden, die 'höchsten
Konzentrationen gelöster Stoffe traten in den Niedrigwasserzeiten der Flüsse
(Herbst- und Wintermonate) auf. Dieses Verhalten begünstigt Akkumulationsvorgänge im See, da die Höchstkonzentrationen der Zuflüsse in die Zirkulationsperiode des Sees fallen, in den zirkulierenden Wasserkörper eingemischt
- 32 werden und dadurch dem unmittelbaren Wiederexport entzogen bleiben. Die am
stärksten belasteten Zuflüsse führen bei Niedrigwasser ausserordentlich wenig Nitrat (Schussen). Offenbar tritt hier Denitrifikation auf.
Um die unmittelbare Bedeutung der einzelnen Zuflüsse für die Eutrophierung
und für den gegenwärtigen Zustand des Bodensees richtig einzuschätzen, ist
folgendes zu berücksichtigen:
Für den langfristigen Trend der Nährstoffkonzentration oder des Nährstoffinhaltes des Sees spielen die Frachten die wichtigste Rolle. Der Anteil der
einzelnen Jahresfracht an der Gesamtzufuhr eines Stoffes umschreibt gleichzeitig die relative Bedeutung des Zuflusses für die langfristige Nährstoffentwicklung. Wenn aber lokale Auswirkungen der Nährstoffzufuhr und ihre sekundären Folgen in der Weise in Rechnung gestellt werden, dass hohe Nährstoffkonzentrationen unmittelbar hohe Algendichten zur Folge haben, so spielen auch die Konzentrationen eine wesentliche Rolle, namentlich jene, welche
die Konzentration des See-Epilimnions übersteigen. Dies ist auch dann der
Fall, wenn infolge niedriger Wasserführung die Fracht gering ist. Dies bedeutet, dass die zugeführte Fracht durch die Konzentration, in welcher sie
in den See gelangt, gewichtet wird. Zusätzlich müsste die Einschichtungstiefe
der Zuflüsse berücksichtigt werden. Wertet man den Einfluss von Konzentration
und Fracht eines Zuflusses auf den See gleich, so trugen im Obersee Schussen
und Lipbach und im Untersee "die Radolfzeller Aach lokal am stärksten zur Belastung bei.
Ein Einfluss der Sanierungsmassnahmen auf die Stoffzufuhr kann aus dem Datenmaterial vom Jahr 1971-72 noch nicht festgestellt werden. Eine Abnahme z.B.
der Phosphorzufuhr zum Bodensee-OberSee als Folge von Klärmassnahmen war aber
auch nicht zu erwarten, da die bis 1972 erbauten Anlagen erst ein Teil der
Bodenseeanlieger erfassten und zusätzlich Abwasser angeschlossen wurde,
welches bisher nicht oder nicht unmittelbar in den See gelangte, und da vor
allem bis zum Ende der Untersuchungsperiode eine konsequente Phosphatfällung noch nicht betrieben werden konnte.
Mit der Berechnung der Stofffrachten über die beschriebene e-Funktion (Tab. 5)
wurde der Versuch unternommen, eine konstante Teilfracht, deren Konzentration
umgekehrt proportional zur Abflussmenge verläuft, von einer abflussabhängigen
Fracht zu trennen, welche bei Niedrigwasser sehr klein ist. Erste.re wäre als
überwiegend abwasserbürtig, letztere als überwiegend von Erosion herrührend
anzusehen. Berechnet wurden die Frachten von o-Phosphat, der gelösten restlichen Phosphorverbindungen und der gelösten Stickstoffverbindungen.
Die Berechnungen brachten eine gute Uebereinstimmung der Frachten mit denen
aus den Polynomberechnungen (vergi. Tab. 6). Ein grosser Teil der Jahresfracht gelöster Phosphorverbindungen in den untersuchten Bodenseezuflüssen
ist danach auf Abwassereinfluss zurückzuführen (vergi. Tab. 5). Die gelösten
Stickstoffverbindungen stammen überwiegend aus ländlichen Arealen. Dies ist
hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass Nitrat von der Bodenkrume kaum zurückgehalten wird, wodurch die bekannten hohen Eluationsverluste entstehen.
Bei der Anwendung der e-Funktion müssen noch weitere Erfahrungen gesammelt
werden. So werden bisher nicht erfassbare, aber vielleicht beträchtliche Anteile von abwasserbürtigen Phosphorverbindungen bei Niedrigwasser im Flusseinzugsgebiet selbst zwischengelagert und bei beginnendem Hochwasser erosiv
ausgetragen. Sie werden aber nicht vom übrigen Erosionsanteil unterschieden
- 33 -
(Argen). Auch kann starke Denitrifikation im Niedrigwasserbereich das Fehlen
von abwasserbürtigen Stickstoffverbindungen vortäuschen (Schussen) • Insgesamt fällt daher der Abwasseranteil der Komponenten wahrscheinlich etwas zu
gering aus.
In der in Tab. 7 dargestellten Gesamtbilanz sind die zufliessenden Frachten
aus Flüssen, aus Kläranlagen, der restlichen (statistisch erfassten) Einwohner, Industrie und landwirtschaftlichen Nutzflächen dem Verlust durch Frachten im Abfluss des Ober- und Untersees, durch Trinkwasserentzug und durch
Fischerei gegenübergestellt.
Die Frachten an der Station Gottlieben im unteren Abschnitt des Seerheins
zeigen infolge des Zuflusses der Konstanzer Abwässer eine deutliche Erhöhung
gegenüber denen der Station Seerhein (Brücke Konstanz). In der Bilanz wurde
jedoch nur die Station Seerhein berücksichtigt, da unsicher ist, welcher Anteil des Konstanzer Abwassers an der Station Gottlieben erfasst wurde.
Die Bilanz zeigt die Unterschiede in der Speicherkapazität von Obersee und
Untersee. Der Obersee ist nur gering durchflossen (Volumen: Jahresdurchfluss ~ 4). 1971/72 wurden rund 50 % der zufliessenden organischen Substanzen (pauschal) und Stickstoffverbindungen sowie über 80 % der zugeführten
Ph~sphorverbindungen zurückgehalten. Sie sedimentierten (Sinkstoffe), wurden
im Stoffhaushalt verarbeitet und ausgefällt oder im Wasserkörper akkumuliert.
Trocken- bzw. Niedrigwasserjahre begünstigen die Akkumulation von gelösten
Stoffen im Wasserkörper eines Sees, Hochwasserjahre bremsen sie [35], was
den grossen Rückhalt auch von gelösten Stickstoffverbindungen im Trockenjahr
1971/72 im Obersee erklärt. Denn im Gegensatz zum Phosphorhaushalt, der sich
ständig steigenden Zufuhren angleichen musste, war der Stickstoffhaushalt in
den letzten Jahren ausgeglichen. Darauf weisen die stabilen Konzentrationen
der Stickstoffverbindungen im See selbst hin (rund 1 mg N/l).
Der Untersee ist, zumindest der Rheinsee, ein stark durchflossener See
(Volumen: Jahresdurchfluss ~ 0,05). Hier wurden lediglich Schwebstoffe zurückgehalten, welche im Seerhein praktisch nur aus Oberseeplankton bestehen.
Die Aufschlüsselung der Stofffrachten in Tabelle 7 nach solchen, die aus dem
ländlichen Areal durch Erosion ausgetragen werden, und abwasserbürtigen Anteilen unter Berücksichtigung der Berechnung von Frachten in den Zuflüssen
über die e-Funktion ergibt eine starke Belastung des Ober- und Untersees
mit abwasserbürtigen Phosphorverbindungen. Im Obersee ist Abwasser mit 2/3
der Fracht bei den Phosphorverbindungen und mit 1/3 bei den Stickstoffverbindungen, im Untersee mit 3/4 bzw. mit 1/3 der Frachten beteiligt.
Die Zuflussschwebstoffe sind hierbei nicht berücksichtigt (vergl. Tab. 8).
Das Resultat gleicht dem der Schätzung von WAGNER [32, ;34] für 1967/68.
Flussschwebstoffe der Bodenseezuflüsse sind überwiegend bodenbürtig; ihre
grössten Frachten treten bei Hochwasser auf. Ein einziges grosses Hochwasser
kann bereits den grössten Teil der Jahresfracht bringen. Bei den partikulären Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorfrachten 1971/72 sind Vergleiche
zu Ergebnissen einer speziellen Untersuchung von Schwebstoffen [36] möglich,
- 34 -
bei welcher Material in grösserer Menge gewonnen wurde. Analysiert wurde die
Trockensubstanz. Die Jahresfrachten wurden ebenfalls über Kennlinien (e-Funktion) errechnet. Die Vergleiche (Tab. 6) zeigen, dass die Ableitung von Jahres frachten partikulärer Anteile aus stark streuenden Konzentrationen in relativ wenigen Stichproben zwar die Grössenordnung trifft, dass aber mit Fehlern bis 50 % gerechnet werden muss. Den tatsächlich transportierten Frachten partikulärer Anteile lässt sich nur durch Erfassung möglichst vieler
Hochwässer näher kommen.
Die partikulären Kohlenstoff (Nichtkarbonate!)- und Stickstoffverbindungen
sind organisch gebunden und belasten den Sauerstoffhaushalt bei ihrer Oxidation. Die partikulären Phosphorverbindungen sind überwiegend mineralischen
Ursprungs und belasten den Stoffhaushalt nicht unmittelbar. Schwebstoffe
aus dem Neuen Rhein und der Bregenzerache nehmen sogar o-Phosphat aus dem
Seewasser auf [36]. Deshalb wurden in den Uebersichten der Belastung (Abb.
6 und 7) wohl die partikulären Stickstoffverbindungen, nicht aber die Phosphorverbindungen in Schwebstoffen einbezogen. Die Schwerpunkte der Belastung
des Wasserkörpers .mit Stickstoff- und Phosphorverbindungen liegen im Obersee
im zentralen Teil, während das Seewasser vom Osten her mit relativ niedrigkonzentriertem Zuflusswasser verdünnt wird. Schwerpunkt der Belastung des
Untersees ist die Radolfzeller Aach.
!i
- 35 -
5.
Z USA M M E N F ASS U N G
1. Zur Feststellung der dem Bodensee im Seejahr 1971-72 zugeführten Phosphor- und Stickstofffrachten sowie der Frachten organischer Verbindungen
wurden in den Jahren 1971 - 73 umfangreiche Erhebungen durchgeführt.
Sie ~fassten:
- Abflussmessungen und chemische Untersuchungen von wichtigen Bodenseezuflüssen und der beiden Abflüsse
chemische Untersuchungen von direkt in den See einleitenden Kläranlagenabflüssen
- chemische Untersuchungen von Niederschlägen
- Erfassung der restlichen Quellen (Anlieger, Industrie, landwirtschaftliche Flächen)
- Austrag durch Trinkwasserentzug, Fischfang usw.
2. Nach einem l8-tägigen Turnus und zusätzlich bei Hochwasser wurden aus
den Zuflüssen Stichproben entnommen. Für die Beziehung zwischen denjgemessenen Konzentrationen und den zugehörigen Abflusswerten bzw. derZeit
wurden Kennlinien (Polynome, Exponentialfunktion) berechnet und mit deren
Hilfe die Jahresfrachten ermittelt. Am Neuen Rhein wurde zusätzlich eine
abflussmengenproportionale Dauerprobenentnahme betrieben.
3. Die Frachten der verschiedenen Flüsse wurden - nach Komponenten getrennt _
zu Monats- und Jahresfrachten zusammengestellt und mit den Frachten aus
den übrigen Quellen zu einer Nettobilanz zusammengefasst.
4. Die grössten Flüsse brachten auch die grössten Frachten, aber in relativ
geringen Konzentrationen. In den kleineren Flüssen traten die höchsten
Konzentrationen auf. Die grössten Stofftransporte fielen in die Hochwasserperioden und damit vor allem in die Vegetationszeit. Die höchsten Stoffkonzentrationen gelöster Verbindungen in den Zu~lüssen traten im Winter
auf.
5. Ein Vergleich mit früheren Erhebungen zeigt bis 1972 zunächst noch einen
weiteren Anstieg vor allem der Phosphor-Frachten.
6. Die Summen der dem Bodensee-Obersee zugeführten Frachten waren 11'000 t
Stickstoff und 2' 200 t Phosphor. Davon entfielen 1'600 t Stickstoff und
800 t Phosphor auf Fluss-Schwebstoffe.
Am Untersee betrugen die Summen der Frachten 7'500 t Stickstoff und 570 t
Phosphor, davon 850 t Stickstoff und 110 t Phosphor in Fluss-Schwebstoffen.
7. Zwei Drittel (Obersee) bzw. drei Viertel (Untersee) der Phosphor-Verbindungen (ohne Fluss-Schwebstoffe) stammen aus Abwasser,. rund ein Viertel
aus den ländlichen Arealen. Ein Drittel der Stickstoffverbindungen (ohne
Fluss-Schwebstoffe) stammen aus Abwasser, mehr als die Hälfte dagegen aus
ländlichen Arealen.
- 36'Tabelle 7:
Die Zufuhr von organischen Substanzen, Stickstoffund Phosphorverbindungen zum Bodensee 1971/72 und
die abfliessenden Frachten
E+EG
bzw.
km2
laBERSEE
BSBS
N
~
t 02/a
t N/a
t P/a
r
Baden-Württemberg
Flüsse:
Stockacher Aach
See felder Aach
Lipbach
Rotach
Schussen
Argen
17
34
132
84
1276 .
1043
47
64
122
87
902
1085
Kläranlagen:
Friedrichshafen
Kressbronn
119
18
153
16
Restliche Belastung:
Haus-Kläranlagen
Mech.-Biol. Sammelkläranlagen
Restliche Industrie
Restliche landwirtschaftliche Nutzfläche
I
5
7
38
12
206
219
-
49
11
41 871
657
183
61
5 054
9
301
11
9
5
2
108
11
105
128
44
172
290
48
18
16
8
99
10
1630
828
9833
1081
519
3304
188
94
543
55
93
16
655
410
183
38
61
8
65
7
,.
80,37
I
Bayern
I
Kläranlage:
Lindau
Restliche Belastung:
Haus-Kläranlagen
Restliche Industrie
Restliche landwirtschaftliche Nutzfläche
I
10 963
15 890
73,10
Vorarlberg
Flüsse:
Bregenzerache
Dornbirnerache
Neuer Rhein
Kläranlage:
Bregenz
Restliche Belastung:
Haus-Kläranlagen
Restliche Industrie
Restliche landwirtschaftliche Nutzfläche
41 711
22 575
48,31
- 37 Tabelle 7
1. Fortsetzung
E+EG
bzw.
km2
BSB S
N
P
t 02/a
t N/a
t P/a
Fluss:
Alter Rhein
791
617
83
Kläranlage:
St.Gallen
347
274
107
831
1484
232
60
77
20
106
11
22
15
4
1094
750
306
135
102
20
162
16
1200
100
11470
2161
1602
822
11142
5741
100
55
289
6
9
11845
5574
1857
St.Gallen
Restliche Belastung:
Haus-Kläranlagen
Restliche Industrie
Restliche landwirtschaftliche Nutzfläche
52 934
78,46
Thurgau
Kläranlage:
Münsterlingen
Restliche Belastung:
Haus-Kläranlagen
Restliche Industrie
Restliche landwirtschaftliche Nutzfläche
69 713
120,20
Atmosphäre
Summe der zufliessenden
Frachten
22987
davon in Flussschwebstoffen
Abfliessende Frachten:
im See rhein bei Konstanz
im Trinkwasser (Sippl.)
in Fischfängen
Seerückhalt
Kursive Zahlen: Aus BSBSabgeleitete Werte
- 38 Tabelle 7
2. Fortsetzung
E+EG
bzw.
km2
BSBS
N
P
t 02/a
t N/a
t P/a
11142
664
5741
1144
289
122
43 065
13 100
54
99
123
69
27
12
42 485
667
186
64
5.071
9
400
11
67
5
15
52
4
4
12
2
185
120
41
25
16
4
42
4
IUNTERsEEl
Baden-Württemberg
Flüsse:
Seerhein
Radolfzeller Aach
Kläranlagen:
Konstanz
Radolfzell
Restliche Belastung:
Haus-Kläranlagen
Mech. -Biol. Sammelkläranlagen
Restliche Industrie
Restliche landwirtschaftliche Nutzfläche
37,25
Thurgau
Kläranlage:
Steckborn
Restliche Belastung:
Haus-Kläranlagen
Restliche Industrie
Restliche landwirtpchaftliche Nutzfläche
12 057
31,33
~
Atmosphäre
Summe der zufliessenden
Frachten
13344
davon in Flussschwebstoffen
Abfliessende Frachten:
im Rhein bei Stein
in Fischfängen
See rückhalt
II
-
159
13
7672
577
852
106
7008
18
496
3
646
78
- 39 -
Tabelle 8:
Schätzung der aus Niederschlägen, aus dem ländlichen
Areal und,der aus Abwasser stammenden Frachten des
filtrierbaren Phosphors und Stickstoffs 1)
Stickstoff
t N/Jahr
Phosphor
t P/Jahr
Niederschläge
OBERSEE
Zuflüsse (e-Funktion)
Lipbach
Kläranlagen
Restliche HausKläranlagen
Restliche Industrie
Restliche landwirtschaftliche Nutzfläche
Atmosphäre
Summe
%
Erosion
Abwasser
Niederschläge
Erosion
Abwasser
"
272
29
325
5433
-
1535
115
679
-
31,7
40
-
952
195
55
-
540
-
100
-
-
1200
-
-
100
359
983
1200
5973
3476
7
25
68
11
56
33
20
72
197
632
3215
1894
43
55
39
685
-
379
69
-
82
13
-
239
51
8
304
-
-
UNTERSEE
Seerhein 2)
Radolfzeller Aach
(e-Funktion)
Kläranlagen
Restliche HausKläranlagen
Restliche Industrie
Restliche landwirtschaftliche Nutzfläche
Atmosphäre
-
-
86
-
13
159
-
-
Summe
33
123
386
791
3986
2632
6
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1)
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Die Frachten des Lipbachs wurden als rein abwasserbürtig angenommen.
Die Frachten im Seerhein enthalten auch die partikulären Verbindungen (Plankton).
Die Frachten des Seerheins wurden entsprechend dem Verhältnis von
Niederschlags- zu Erosions- zu Abwasserfracht zum Obersee aufgeschlüsselt.
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restliche Jahresfracht aus den Ländern bzw. Kantonen
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A
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Jahresfracht von
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- 47 -
7.
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