Untersuchungen zu anthropogenen Einflüssen auf die fluviale Morphodynamik und die Verteilung erhöhter Spurenelementgehalte in kleinen Flusseinzugsgebieten: das Beispiel der Wurm, Flussgebietseinheit Maas

Buchty-Lemke, Michael Andreas; Lehmkuhl, Frank (Thesis advisor); Schwarzbauer, Jan (Thesis advisor)

Aachen (2018)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2018

Kurzfassung

Diese Dissertation thematisiert den Einfluss des Menschen auf die fluviale Morphodynamik und die vertikale sowie horizontale Verteilung von erhöhten Spurenelementgehalten in Auensedimenten kleiner Fließgewässer am Beispiel der Wurm. Der Betrachtungszeitraum umfasst die frühindustrielle bis postindustrielle Zeit von 1810 bis 2012. Mit einer Einzugsgebietsgröße von ca. 350 km² und einer Länge von ca. 57 km befindet sich die Wurm als linker Nebenfluss der Rur in der Flussgebietseinheit Maas. Das Quellgebiet wird in großem Umfang von der Stadt Aachen eingenommen und weist als stark urbanisierte Altindustrieregion eine Vielzahl von seit dem Mittelalter aktiven Quellen für potenziell toxische Spurenelemente (PTS) auf. Deren Gehalte im Auensediment sowie deren Verteilung in die Fläche durch fluviale Prozesse und entlang des Flusses können genutzt werden, eine Belastungshistorie zu rekonstruieren. In Kombination mit der Untersuchung des sedimentologischen Aufbaus der Aue, aus der sich das fluvialgeomorphologische Prozessgeschehen ableiten lässt, ermöglicht dies eine geomorphologisch-geochemische Bewertung der anthropogenen Überprägung des Flusssystems. Die Untersuchungen stützen sich auf verschiedene Fallbeispiele entlang des Gewässers, die sich räumlich auf den Oberlauf der Wurm zwischen Aachen und Herzogenrath konzentrieren. Hier weist das Gewässer einen naturnahen Zustand auf und ist, im Gegensatz zum nahezu vollständig ausgebauten Mittel- und Unterlauf, an nur wenigen Abschnitten begradigt und befestigt. Die Ermittlung der morphodynamischen Veränderungen erfolgt mit einem Fokus auf dem Einfluss der historischen Mühlen am Beispiel der Adamsmühle bei Würselen. Die Belastung durch erhöhte Gehalte von für industrielle Prozesse und urbane Räume typischen PTS wie Cu, Pb und Zn erfolgt anhand verschiedener Probennahmestandorte in Uferbankprofilen und Bohrkernen. Die Ergebnisse aus Korngrößen- und Element-analytik werden im räumlichen Kontext interpretiert. Dabei können abrupte Änderungen in der vertikalen Verteilung der PTS genutzt werden, um unterschiedliche Zeitstellungen (präindustriell, industriell und postindustriell) zu differenzieren. Der Aktivitätsgrad des 137Cs wird unterstützend zur Altersbestimmung genutzt. Anhand des aktuellen Digitalen Geländemodells, historischer Karten und anderer historischer Dokumenten sowie Zeitzeugenbefragungen wird die Entwicklung des Flussverlaufs und von Terrassen sowie die Rolle des Steinkohlebergbaus evaluiert. In den Ergebnissen der Arbeit zeigt sich, dass sich der anthropogene Einfluss innerhalb der letzten 200 Jahre vielfältig auf das Flusssystem auswirkt. Abseits der direkten Eingriffe in das Gewässer wie Laufverlegungen und Begradigungen äußern sich indirekte Veränderungen des Flusssystems anhand von Veränderungen des Längsprofils, des Gerinnequerschnitts, durch die Entwicklung von Terrassen, die Abschnürung von Altarmen, eine allgemeine Tendenz zur Einschneidung des Gerinnes und verstärkte laterale Erosion an den Uferbänken. Unterschiede in der Belastung der Sedimente zeigen sich sowohl entlang des Flusses, als auch im Tiefenprofil. In Abhängigkeit des fluvialen Prozessgeschehens ist die Verteilung der PTS hoch variabel. Differenzierte Belastungsmuster zeigen sich im Vergleich zwischen Ober- und Unterboden und ermöglichen die Unterscheidung zwischen geogener Hintergrundbelastung und mäßiger bis starker Kontamination aus anthropogenen Quellen.

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