Entwicklung eines Bewertungsverfahrens zur erfolgreichen Anwendung einer Kalzitaufspülung für die interne Restaurierung eutropher Baggerseen in Baden-Württemberg

Zusammenfassung

Laboruntersuchungen haben gezeigt, daß Kalzit grundsätzlich
zur Phosphat-Fixierung und Phosphat-Retention in eutrophierten
Seesedimenten geeignet ist. Freilanduntersuchungen im
Kirchentellinsfurter Baggersee bei Tübingen (Epplesee) machten
jedoch deutlich, daß die Barrierewirkung einer Kalzitschicht
durch biologische und hydrodynamische Parameter drastisch
herabgesetzt werden kann. Dies wurde in Ergebnissen von
Laboruntersuchungen bestätigt, die zeigten, daß die Intaktheit
der Schicht eine wesentliche Voraussetzung für die
längerfristige Effizienz einer Kalzitbarriere zur
Seenrestaurierung ist.

Hinsichtlich der Erarbeitung objektiver Bewertungskriterien zur
Nachhaltigkeit des Verfahrens wurden Laborversuche durchgeführt,
um die Einflußparameter Bioturbation und Resuspension auf die
Stabilität der Kalzitbarriere am Beispiel des Epplesees zu
quantifizieren.

Es konnte gezeigt werden, daß in einem Fall eine Kalzitbarriere
mit einer Mächtigkeit von 1 cm innerhalb von drei bis vier
Monaten durch die Bioturbation der Larven von Chironomus
plumosus bei einer Larvendichte, die den natürlichen
Verhältnissen im Baggersee entspricht, fast vollständig ins
... mehrSediment eingearbeitet wird. Auch eine höhere Kalzitauflage von
2,5 cm wurde im anderen Fall in einer etwas größeren Zeitspanne
von sechs Monaten in das Oberflächensediment eingemischt.

In flachen Seen besteht zusätzlich die Gefahr, daß die
Kalzitschicht durch windinduzierte Wellen erodiert werden kann.
Die kritischen Schubspannungen von drei potentiellen
Barrierematerialien wie Socal® U1-R, Kalzitmehl und Quarzsand
K12 betragen 0.16 N/m2, 0.31 N/m2 bzw. 0.32 N/m2, so daß die
Auflagen z. B. im durchschnittlich 4 m tiefen Epplesee nach
einer Modellrechnung erst ab kritischen Windgeschwindigkeiten
von ca. 15 m/s, 31 m/s bzw. 32 m/s verdriftet werden könnten.
Bei entsprechender Morphometrie (Oberfläche/Tiefen-Verhältnis)
und Windexposition kann jedoch eine windinduzierte Resuspension
einer Kalzitbarriere in Flachseen nicht ausgeschlossen werden.

The Development of Instrumental Valuation Criteria for a
Successful Application of Calcite as an Internal Restoration
Method for Eutrophic Gravel-pit Lakes in Baden-Württemberg (BWC
20002)

Summary

Laboratory experiments showed that calcite is in principle
suitable for phosphorus fixation and phosphorus retention in
eutrophic lake sediments. However, field studies in the
gravel-pit lake of Kirchentellinsfurt near Tübingen (Epplesee)
clearly pointed to the fact that the efficiency of a calcite
barrier can be dramatically reduced by biological and
hydrodynamic influences. This was confirmed in laboratory tests,
which showed that the completeness of the calcite layer is
essential to achieve a successful lake restoration over a longer
time range.

In view of the elaboration of objective valuation criteria for
the sustainability of the method, laboratory investigations were
carried out to quantify the influence of bioturbation and
resuspension on the stability of the calcite barrier in Lake
Epplesee.

The experiments showed that a calcite barrier of 1 cm thickness
in one case was almost entirely burrowed within 3 to 4 months by
the bioturbation of the larvae of Chironomus plumosus. The
number of the larvae corresponded to the natural occurrence in
the gravel-pit lake. Even a thicker calcite layer of 2.5 cm in
the other case was nearly completely mixed into the deeper
sediment in a slightly longer time period of about 6 months.

Wind-generated waves can erode the calcite layer, especially in
shallow lakes.
Therefore, the critical shear stress of three potential barrier
materials (Socal® U1-R, calcite powder and sand K12) was
measured. In shallow lakes like Epplesee with a mean depth of 4
m, the calculated critical wind velocities by about 16 m/s, 31
m/s and 32 m/s exceed the critical shear stresses of the barrier
materials (0.15 N/m2, 0.31 N/m2 and 0.32 N/m2, respectively) and
can cause erosion of these layers. According to morphometry
(ratio surface/depth) and wind exposition of shallow lakes
wind-induced resuspension cannot be excluded.