BERICHT BFG-2061 - KLIWAS
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BfG-2061
Bericht
Plankton und Wasserbeschaffenheit in der Tideems
2017 – 2020
(Update zu BfG-Bericht 1959)
Bearbeiter: Dr. Carsten Viergutz BfG, Referat U2
Andreas Schöl BfG, Referat U2
unter Mitwirkung von:
Walter Krings BfG, Referat U2
Johannes Lingen BfG, Referat U2
Claudia Günster BfG, Referat U2
Heike Hähn BfG, Referat U2
Koblenz, Mai 2021
Auftraggeber: WSA Ems-Nordsee
SAP-Nr.: M39630203248
Anzahl der Seiten: 61
DOI: 10.5675/BfG-2061
Der Bericht darf nur ungekürzt vervielfältigt werden. Die Vervielfältigung
und eine Veröffentlichung bedürfen der schriftlichen Genehmigung der BfG.
Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Plankton und
Wasserbeschaffen-
heit in der
Tideems 2017-
2020
BfG-2061
Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Plankton und
Inhalt Wasserbeschaffen-
heit in der
Tabellenverzeichnis .......................................................................................................2 Tideems 2017-
2020
Abbildungsverzeichnis ..................................................................................................3 BfG-2061
1 Einleitung ...............................................................................................................5
2 Untersuchungsgebiet ..............................................................................................7
3 Messprogramm und Methoden...............................................................................9
4 Hydrologie ............................................................................................................16
5 Ergebnisse ............................................................................................................18
5.1 Längsprofile des Chlorophyll a-Gehaltes .....................................................18
5.2 Längsprofile von Nitrat, Nitrit und Ammonium ...........................................20
5.3 Längsprofile von ortho-Phosphat und Silizium ............................................24
5.4 Längsprofile von Sauerstoffsättigung, Salinität, Trübung und pH-Wert ......27
6 Zusammenfassung ................................................................................................38
Seite 1
Tabellenverzeichnis
Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Plankton und
Wasserbeschaffen- Tab. 1: Kilometrierung von Dortmund-Ems-Kanal (DEK), Unterer Ems (UE) und
heit in der
Tideems 2017-
Außenems (AE) ............................................................................................8
2020 Tab. 2: Schema der Messfahrten und Zeitpunkt des Tidehochwassers bei Borkum
BfG-2061 (Fischerbalje UE-Km 91,2) .........................................................................11
Tab. 3: Parameterliste mit Angabe der Methoden .......................................................12
Tab. 4: Hauptwerte des Abflusses am Pegel Versen WD (DEK-Km 234,78,
1942/2014, 73 Jahre) ...................................................................................17
Tab. 5: Monats- und Saisonmittelwerte (April bis Oktober) des Abflusses am
Pegel Versen WD (DEK-Km 234,78) für die Jahre 2017 bis 2020 ............17
Tab. 6: Tideeingangssignal (UE-Km -14,7 bis 1) der Parameter Ammonium-
Stickstoff, Nitrit-Stickstoff und Nitrat-Stickstoff für die verschiedenen
Bereisungen der Jahre 2009 bis 2020 .........................................................23
Tab. 7: Tideeingangssignal (UE-Km -14,7 bis 1) der Parameter ortho-Phosphat
und Silizium für die verschiedenen Bereisungen der Jahre 2009 bis 2020 26
Tab. 8: Tideeingangssignal (UE-Km -14,7 bis -12,9) der Parameter
Sauerstoffsättigung, Salinität und Trübung für die verschiedenen
Bereisungen der Jahre 2009 bis 2020 .........................................................31
Tab. 9: Abschnitte an denen ein Wert von 50% bzw. 40% der Sauerstoffsättigung
unterschritten wurde, sowie Messort (UE-Km) und Wert des kleinsten
gemessen Sauerstoffwertes (aggregierte 2-Min.-Werte). ...........................32
Tab. 10: Abschnitte (Km von, Km bis) an denen ein Wert von 500 NTU bzw.
1000 NTU der Trübung überschritten wurde, sowie Messort (UE-Km)
und Wert des größten gemessen Trübungswertes (aggregierte 2-Min.-
Werte) .........................................................................................................34
Tab. 11: UE-Km an denen ein Wert von 1, 5, 18 und 25 PSU überschritten wurde
(aggregierte 2-Min.-Werte) .........................................................................36
Seite 2
Abbildungsverzeichnis
Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Plankton und
Abb. 1: Karte von Ems-Ästuar und Dortmund-Ems-Kanal (DEK) ...............................7 Wasserbeschaffen-
heit in der
Abb. 2: Durchflusssystem mit Messsonden. Das Wasser wird von unten in die Tideems 2017-
2020
Durchflusskammer gepumpt (ca. 50 l/ min) und mittels Überlauf wieder
BfG-2061
abgeleitet .....................................................................................................10
Abb. 3: Gesamtansicht und Sondenkopf der Multiparametersonde YSI 6600............13
Abb. 4: Verschiedene Versionen der Solitax sc Sonde mit Wischer (Fa. Hach
Lange GmbH) .............................................................................................14
Abb. 5: Chlorophyllfluoreszenz-Sonde FluoroProbe (Fa. bbe Moldaenke GmbH)
mit Kabel und Computer für die Übertragung und Auswertung der
Messdaten ...................................................................................................15
Abb. 6: Tagesmittelwerte der Oberwasserabflüsse (01.04. bis 31.10.) der Ems
(Pegel Versen WD, DEK-Km 234,78) für die Jahre 2017 bis 2020 sowie
die Zeitpunkte der BfG- Längsbereisungen (rote Pfeile) ............................16
Abb. 7: Boxplots der mit HPLC bestimmten Chlorophyll a-Werte. A = Alle Daten
aus den Frühjahrs- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen 2009-2020 (ohne
Juli 2020) / B u. C = Daten nach Flussabschnitten sortiert (B = Frühjahr
/ C = Sommer/Herbst) .................................................................................19
Abb. 8: Boxplots des Nitrat-Stickstoff-Gehaltes (Einzelproben). A = Alle Daten
aus den Frühjahr- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen 2009-2020 (ohne
Juli 2020) / B u. C = Daten nach Flussabschnitten sortiert (B = Frühjahr
/ C = Sommer/Herbst) .................................................................................21
Abb. 9: Boxplots des Nitrit-Stickstoff-Gehaltes (Einzelproben). A = Alle Daten
aus den Frühjahrs- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen 2009-2020 (ohne
Juli 2020) / B u. C = Daten nach Flussabschnitten sortiert (B = Frühjahr
/ C = Sommer/Herbst) .................................................................................21
Abb. 10: Boxplots des Ammonium-Stickstoff-Gehaltes (Einzelproben). A = Alle
Daten aus den Frühjahrs- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen 2009-2020
(ohne Juli 2020) / B u. C = Daten nach Abschnitten sortiert (B =
Frühjahr / C = Sommer/Herbst) ..................................................................22
Abb. 11: Boxplots des ortho-Phosphat-Gehaltes (Einzelproben). A = Alle Daten
aus den Frühjahrs- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen 2009-2020 (ohne
Juli 2020) / B u. C = Daten nach Flussabschnitten sortiert (B = Frühjahr
/ C = Sommer/Herbst) .................................................................................25
Abb. 12: Boxplots des Silizium-Gehaltes (Einzelproben). A = Alle Daten aus den
Frühjahrs- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen 2009-2020 (ohne Juli
2020) / B u. C = Daten nach Flussabschnitten sortiert (B = Frühjahr / C
= Sommer/Herbst) .......................................................................................25
Seite 3
Abb. 13: Boxplots der oberflächennahen Sauerstoffsättigung (aggregierte 2-Min.-
Bundesanstalt für Werte). A = Alle Daten aus den Frühjahrs- bzw. Sommer/Herbst-
Gewässerkunde
Bereisungen 2009-2020 (ohne Juli 2020) / B u. C = Daten nach
Plankton und
Wasserbeschaffen-
Flussabschnitten sortiert (B = Frühjahr / C = Sommer/Herbst) ..................28
heit in der Abb. 14: Boxplots der Salinität (aggregierte 2-Min.-Werte). A = Alle Daten aus
Tideems 2017-
2020 den Frühjahrs- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen 2009 – 2020 (ohne
BfG-2061 Juli 2020) / B u. C = Daten nach Flussabschnitten sortiert (B = Frühjahr
/ C = Sommer/Herbst) .................................................................................29
Abb. 15: Boxplots der oberflächennahen Trübung (aggregierte 2-Min.-Werte). A =
Alle Daten aus den Frühjahrs- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen 2009-
2020 (ohne Juli 2020) / B u. C = Daten nach Flussabschnitten sortiert (B
= Frühjahr / C = Sommer/Herbst) ...............................................................29
Abb. 16: Boxplots des pH-Werts (aggregierte 1-Min.-Werte). A = Alle Daten aus
den Frühjahrs- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen 2009-2020 (ohne Juli
2020) / B u. C = Daten nach Flussabschnitten sortiert (B = Frühjahr / C
= Sommer/Herbst) .......................................................................................30
Abb. 17: Abschnitte der Bereisungen (2009 bis 2020) an denen oberflächennah ein
Wert von 50 % bzw. 40 % der Sauerstoffsättigung unterschritten wurde
(aggregierte 2-Min-Werte). Die Rauten markieren den Ort des kleinsten
gemessenen Sättigungs-Wertes, in Klammern sind die jeweiligen
Minimumwerte der Sauerstoffsättigung angegeben ...................................33
Abb. 18: Abschnitte der Bereisungen (2009 bis 2020) an denen oberflächennah ein
Wert von 500 bzw. 1000 NTU der Trübung überschritten wurde
(aggregierte 2-Min-Werte). Die Rauten markieren den Ort des kleinsten
gemessenen Trübungswertes, in Klammern sind die jeweiligen
Minimumwerte der Trübung angegeben .....................................................35
Abb. 19: Die verschiedenen Salinitätsbereiche (PSU) im Längsverlauf der
Tideems auf Basis oberflächennaher Messwerte der Bereisungen der
Jahre 2009 bis 2020 ....................................................................................37
Abb. 20: Regression zwischen Nitrat-Stickstoff und Salinität im Frühjahr (A) und
Sommer/Herbst (B) bzw. zwischen Nitrit-Stickstoff und Salinität im
Frühjahr (C) und Sommer/Herbst (D).........................................................40
Seite 4
1 Einleitung
Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Plankton und
Wasserbeschaffen-
heit in der
Zur Erfassung des Planktons und begleitender Wasserbeschaffenheitsparameter im Tideems 2017-
2020
Ästuar der Ems wurden von der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) im Zeitraum
von 2009 bis 2020 i. d. R. zweimal jährlich Längsprofilmessungen durchgeführt. BfG-2061
Die Messfahrten umfassten den kurzen tidebeeinflussten Abschnitt des Dortmund-
Ems-Kanals vom Wehr Herbrum (DEK-Km 212,6) bis Papenburg (DEK-Km 225,8)
und den anschließenden Ästuarbereich der Ems bis in die Außenems bei Unterems-Km
91,2 (Höhe Borkum) (Tab. 1). Die Messfahrten dienten dabei der Erfassung des
Sauerstoffgehaltes, der Nährstoffe und des Planktons in der Tideems. Im Einzelnen
wurden dafür bestimmt:
1. die Längsverteilung der Algenbiomasse mittels des Chlorophyll a-Gehaltes
2. die Längsverteilung abiotischer Begleitparameter wie Wassertemperatur,
Leitfähigkeit, Trübung, Salinität, Sauerstoff und gelöster Nährstoffe
(Ammonium, Nitrit, Nitrat, ortho-Phosphat und Silizium)
Die aus den Planktonproben ermittelte Längsverteilung der Artenzusammensetzung
des Phyto- und Zooplanktons ist in einem gesonderten Bericht dargestellt
(AquaEcology 2021, im Entwurf)
Die Untersuchungsergebnisse dienen dazu, den gegenwärtigen Zustand der
Wasserbeschaffenheit und des Phyto- und Zooplanktons zu beschreiben und daraus
Aussagen zum ökologischen Gesamtzustand des Ökosystems Tideems abzuleiten. Die
Messfahrten wurden mit Unterstützung des Wasserstraßen- und Schifffahrtsamtes
Ems-Nordsee durchgeführt.
In einem vorhergehenden Bericht (BfG 2020, Bericht-Nr. 1959) wurden bereits Daten
zu den Bereisungen 2009 bis 2016 gezeigt. In diesem Bericht werden nun die Daten
für die aktuellen Bereisungen von 2017 bis 2020 aufbereitet und zusammenfassende
Grafiken für den Zeitraum 2009 bis 2020 dargestellt. Für das Plankton wird in diesem
Bericht nur der Parameter Chlorophyll a als Anzeiger für die Algenbiomasse betrachtet.
Im Ems-Ästuar besteht wie in den Ästuaren von Weser und Elbe ein starker
Längsgradient von Salzgehalt und Schwebstoff. Diese beiden Parameter haben eine
herausragende Bedeutung für die biologischen Komponenten und für Prozesse im
Gewässer. Durch den Salzgradienten kommt es z. B. mit zunehmendem Salzgehalt zu
einer Verschiebung des Artenspektrums des Planktons hin zu marinen Arten. Die
Tideems ist durch eine starke Tideasymmetrie mit einer deutlichen Flutstromdominanz
Seite 5
und durch extrem hohe Schwebstoffgehalte charakterisiert. Durch den Import von
Bundesanstalt für Schwebstoffen aus der Nordsee kommt es zur Bildung von zum Teil mehrere Meter
Gewässerkunde
dicken sohlnahen Flüssigschlick-Schichten (Fluid-Mud). Die Aktivität von
Plankton und Mikroorganismen in diesen Fluid-Mud-Schichten führt, vor allem im Sommer bei
Wasserbeschaffen-
heit in der hohen Wassertemperaturen, durch den aeroben Abbau von organischen Bestandteilen
Tideems 2017-
2020 der Schwebstoffe zu teilweise extrem schlechten Sauerstoffverhältnissen. Wegen
BfG-2061
dieser starken Beeinflussung des Ökosystems Tideems wurden bei den Messfahrten
neben den biotischen Parametern wie Chlorophyll a-Gehalt und Zooplankton auch die
Salzkonzentration und der Schwebstoffgehalt bestimmt.
Das Phytoplankton, also die Summe der planktischen Primärproduzenten, beeinflusst
den Sauerstoff- und Nährstoffhaushalt und hat eine wichtige ökologische Funktion als
Nahrungsbasis für tierische Organismen, während das Zooplankton als wichtiges
Verbindungsglied des Nahrungsnetzes das Phytoplankton frisst und dabei selber als
Nahrungsgrundlage, insbesondere für Fischlarven und juvenile Fische, dient.
Seite 6
2 Untersuchungsgebiet
Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Plankton und
Wasserbeschaffen-
heit in der
Tideems 2017-
2020
BfG-2061
Abb. 1: Karte von Ems-Ästuar und Dortmund-Ems-Kanal (DEK)
Die Schleuse Herbrum bei DEK-Km 212,6 trennt den Binnenbereich der Ems von der
Tideems (Abb. 1). Bei DEK-Km 225,8 in Höhe Papenburg endet die Ems als Teil des
Dortmund-Ems-Kanals und geht mit eigener Kilometrierung in die Unterems über. Der
UE-Km 67,76 bildet die seewärtige Begrenzung der Binnenwasserstraße. Hier beginnt
die Außenems als Seewasserstraße. Durch die Tidebeeinflussung ab DEK-Km 212,6
Seite 7
ist die Gewässergüte der Ems im betrachteten Abschnitt zum einen durch den
Bundesanstalt für flussseitigen Wassereintrag aus dem Binnenbereich und zum anderen durch den
Gewässerkunde
tidebedingten Wassereintrag aus der Außenems bzw. aus der Nordsee beeinflusst.
Plankton und Zusätzlich wird die Wasserbeschaffenheit durch den rechtsseitigen Nebenfluss Leda
Wasserbeschaffen-
heit in der beeinflusst.
Tideems 2017-
2020
BfG-2061
Tab. 1: Kilometrierung von Dortmund-Ems-Kanal (DEK), Unterer Ems (UE) und
Außenems (AE)
km Bezeichnung Gewässerabschnitt Örtlichkeit / Grenze
212,6 (-13,2) DEK Dortmund-Ems- Wehr Herbrum
Kanal
225,8/ DEK / Dortmund-Ems- Ende der Kilometrierung des
0,0 UE Kanal/ Unterems Dortmund-Ems-Kanals/
Anfang der Unterems-
Kilometrierung (Papenburg)
14,2 UE Unterems Zufluss der Leda von rechts
24,6 UE Unterems Messstation Terborg
32,2 UE Unterems Ems Sperrwerk bei
Gandersum
40,9 UE Außenems Einfahrt Hafen Emden
67,76 UE/AE Außenems Seewärtige Begrenzung der
Binnenwasserstraße / Anfang
Außenems als Seewasser-
straße
91,2 AE Außenems Borkum (Fischerbalje)
Seite 83 Messprogramm und Methoden
Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Plankton und
Wasserbeschaffen-
heit in der
Die Längsprofilmessfahrten der Jahre 2017 bis 2020 (Tab. 2) auf der Ems wurden mit Tideems 2017-
2020
Hilfe des Messschiffes Friesland durchgeführt. Die Messfahrten starteten in der Regel
nach dem Tidehochwasser bei Borkum Fischerbalje (UE-Km 91,2), so dass die BfG-2061
Messungen bei Ebbstrom durchgeführt wurden. Die Parameter wurden zum Teil mit
Messsonden und zum Teil durch Einzelproben erfasst (Tab. 3). Bei UE-Km 0
(Papenburg) wurde auf ein Beiboot der MS Friesland umgestiegen und weitere
Messungen auf der Strecke bis zum Wehr Herbrum durchgeführt. Zudem wurde eine
Einzelprobe im DEK oberhalb des Wehres entnommen.
Bei den zusammenfassenden Auswertungen wurde die Bereisung aus dem Juli 2020
nicht berücksichtigt, da zu dieser Zeit ein technischer Test zur Erprobung der
Sperrwerkssteuerung stattgefunden hat und damit stark geänderte hydrodynamische
Bedingungen vorlagen. Die Daten der Messfahrt Juli 2020 werden Bestandteil einer
NLWKN-Studie mit dem Arbeitstitel „Technischer Test im Sommer 2020 - Ergebnisse
des Monitorings“ sein, der im Rahmen des Masterplans Ems 2050 erstellt wird. Die
Abbildungen der einzelnen Parameter zu dieser Bereisung befinden sich aber bereits
im Anhang dieses Berichtes, um die Messergebnisse der Messfahrten 2017 bis 2020
vollständig zu präsentieren.
Die Sondenmessungen (Solitax-Sonde, YSI-Sonde 6600 und Fluoroprobe-Sonde)
erfolgten an Deck der Friesland in einem Durchflusssystem. Dazu wurde Emswasser
aus circa 2 Metern Tiefe (Bereisungsstart bis Emden) bzw. aus circa 1 Meter Tiefe (ab
Emden) über eine Schiffspumpe an Bord in einen Durchflussbehälter gepumpt, in
welchem die Messsonden installiert waren (Abb. 2). Während der Messfahrten wurden
die Parameter Chlorophyll, Wassertemperatur, Sauerstoffgehalt, Sauerstoffsättigung,
Salinität, elektrische Leitfähigkeit, pH-Wert und Trübung in einem Abstand von 30
Sekunden gemessen.
Seite 9Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Plankton und
Wasserbeschaffen-
heit in der
Tideems 2017-
2020
BfG-2061
Abb. 2: Durchflusssystem mit Messsonden. Das Wasser wird von unten in die
Durchflusskammer gepumpt (ca. 50 l/ min) und mittels eines Überlaufs wieder abgeleitet
Zur Glättung der Daten wurden die 30-Sekunden-Sondenmesswerte zunächst zu 2-
Minutenwerten gemittelt (immer vier Werte, dann die nächsten vier Werte usw.) und
in Kapitel 5 für mehrere Jahre in Form von Boxplots bzw. im Anhang als Werte je
Messfahrt dargestellt. Bei den Messfahrten wurden etwa alle 20 Minuten (dies
entsprach etwa einer Strecke von ca. 4 - 8 Kilometern) Wasser- und Planktonproben
aus dem Durchflusssystem entnommen und deren Nährstoff-, Schwebstoff- und
Chlorophyllgehalte sowie die taxonomische Zusammensetzung des Planktons
analysiert.
Seite 10Tab. 2: Schema der Messfahrten und Zeitpunkt des Tidehochwassers bei Borkum
(Fischerbalje UE-Km 91,2). Negative Kilometerangaben = flussaufwärts von UE-Km 0
bzw. DEK-Km 225,82. Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Messfahrt Startzeit / UE-Km Endzeit / UE-Km Einzelproben Tidehochwasser Plankton und
Wasserbeschaffen-
25.04.2017 11:35 / 90,0 19:46 / -14,7 20 11:18 heit in der
18.07.2017 07:35 / 90,0 15:36 / -14,7 22 06:04 Tideems 2017-
2020
12.06.2018 11:00 / 89,9 19:05 / -14,8 20 10:42
BfG-2061
12.06.2019 09:00 / 93,1 17:45 / -14,6 20 07:15
27.08.2019 09:30 / 91,3 17:25 / -14,7 20 08:20
16.06.2020 08:54 / 89,9 16:40 / -14,6 20 08:03
14.07.2020 08:40 / 90,0 16:00 / -14,7 20 06:15
Seite 11Tab. 3: Parameterliste mit Angabe der Methoden
Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Parameter Dimension Kurzbezeichnung Methode
Plankton und
Allgemeine Parameter
Wasserbeschaffen-
heit in der Trübung TE/F NTU Trüb. YSI-Sonde, Solitax-Sonde
Tideems 2017-
2020 Abfiltrierbare Stoffe mg/l AFS DIN 38409-H2-2
BfG-2061 Leitfähigkeit µS/cm LF YSI-Sonde
o
Wassertemperatur C TW YSI-Sonde
Sauerstoff mg/l O2 YSI-Sonde
Sauerstoff-Sättigung % O2sätt YSI-Sonde
Salinität ppt Sal YSI-Sonde
pH-Wert pH YSI-Sonde
Nährstoffe
Ammoniumstickstoff mg/l NH4-N DIN 38406-E23-1
Berthelot-Reaktion
Nitritstickstoff mg/l NO2-N DIN 38406-D28
Kjeldahl-Methode
Nitratstickstoff mg/l NO3-N DIN 38406-D19,D28
Kjeldahl-Methode
Gesamtphosphat-Phosphor mg/l g-PO4-P DIN 38405-D11-4
DIN EN ISO 15861-2
ortho-Phosphat-Phosphor mg/l o-PO4-P DIN 38405-D11-1
DIN EN ISO 15681-2
Silizium mg/l SiO2-Si DIN 38409-D21
DIN EN ISO 16264
Biologische Parameter
Chlorophyll a µg/l Chla DIN 38412-L16
Phaeophytin µg/l Phae DIN 38412-L16
Chlorophyll a und weitere µg/l Chla HPLC-Methode
Algenpigmente
Chlorophyll a (Fluoreszenz) µg/l Chla Fluoroprobe-Sonde
YSI-Sonde
Phytoplankton Zellen/l Lugol-fixierte Proben,
(Arten und Abundanzen) Mikroskop. Zählung
Zooplankton Individuen/l Netzfänge (55 µm),
(Arten und Abundanzen) Mikroskop. Zählung
Seite 12Multiparametersonde YSI 6600
Die YSI-Sonde 6600 (Abb. 3) ist ein Messgerät für in-situ-Langzeitüberwachungen Bundesanstalt für
Gewässerkunde
und Profilaufnahmen. Es werden die Parameter Sauerstoff, Leitfähigkeit, Salinität,
Wassertemperatur, pH-Wert, Chlorophyll, Trübung und Druck gemessen. Die Plankton und
Wasserbeschaffen-
Sensoroptionen umfassen in der Regel 3 optische (Sauerstoff, Trübung, Chlorophyll), heit in der
Tideems 2017-
einen elektrochemischen (pH-Wert) und einen physikalischen (Temperatur, 2020
Leitfähigkeit) Sensor mit integriertem Wischersystem für hohe Messgenauigkeit. BfG-2061
Abb. 3: Gesamtansicht und Sondenkopf der Multiparametersonde YSI 6600
Solitax Tauchsonde für Trübung und Feststoffe
Die Solitax-Tauchsonde der Firma Hach Lange GmbH (Messbereich = 0,001-4000
NTU für Trübung und 0,001-500 g/L für Feststoffe) (Abb. 4) ist eine Hochpräzisions-
Prozess-Sonde zur Bestimmung der Trübung und der Feststoffe. Die Sonden
ermöglichen genaue, farbunabhängige Trübungs- und Feststoffmessungen im Wasser.
Der automatische Wischer der Solitax Sonden verhindert ein Verschmutzen der
Messfenster sowie Beeinträchtigungen durch Luftblasen und beugt damit Messfehlern
und Wartungsproblemen vor. Das Messprinzip basiert auf der Infrarot-Duo-
Streulichttechnik für farbunabhängige Trübungsmessung nach DIN EN ISO 7027/ TS
entsprechend DIN 38414. Der Messbereich der Trübung liegt bei 0,001 bis 4000 NTU.
Seite 13Bundesanstalt für
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Plankton und
Wasserbeschaffen-
heit in der
Tideems 2017-
2020
BfG-2061
Abb. 4: Verschiedene Versionen der Solitax Tauchsonde mit Wischer (Fa. Hach Lange
GmbH)
Chlorophyllfluoreszenz-Sonde FluoroProbe
Die Tauchsonde FluoroProbe der Firma bbe Moldaenke GmbH (Abb. 5) ist ein
hochempfindliches Messinstrument für spektralfluorometrische Algenklassen- und
Chlorophyllanalyse. Die Fluoreszenz von Algen nach Anregung durch sichtbares Licht
hängt hauptsächlich vom Chlorophyll a ab, einem in der Pflanzenwelt weit verbreiteten
Pigment. Das Vorkommen von anderen Pigmenten ist für die verschiedenen
Algenklassen typisch. Wechselwirkungen dieser verschiedenen Pigmentsysteme mit
Chlorophyll a ergeben ein spezielles Anregungsspektrum für die taxonomischen
Algenklassen. Die speziellen Muster dieser Algenfluoreszenz - die so genannten
Fingerprints - werden in den Fluorometern für die Quantifizierung der
unterschiedlichen Algenklassen benutzt. Die Lichtquellen für die Anregung sind LEDs
mit ausgewählten Wellenlängen.
Seite 14Bundesanstalt für
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Wasserbeschaffen-
heit in der
Tideems 2017-
2020
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Abb. 5: Chlorophyllfluoreszenz-Sonde FluoroProbe (Fa. bbe Moldaenke GmbH) mit
Kabel und Computer für die Übertragung und Auswertung der Messdaten
HPLC Verfahren (High performance liquid chromatography) zur Bestimmung
von Algenpigmenten
Zur Pigmentauftrennung wurde eine „EzChrom Elite“ HPLC Anlage verwendet (VWR
International GmbH, Hitachi High-Technologies Corporation). Es wurde die Methode
von Wilhelm et al. (1995) zur Trennung lipophiler Pigmente, sowohl von
Chlorophyllen als auch von Carotinoiden, eingesetzt. Für die Pigmenttrennung wurde
eine EC 250/4 Nucleosil 300-5 C18 Trennsäule (Firma Macherey-Nagel) mit einem
ternären Gradienten verwendet: Eluent A ist 85 %iges Methanol mit 0,5 mol/l
Ammoniumacetat, Eluent B 90 %iges Acetonitril und Eluent C 100 % Ethylacetat. Die
Absorptionseigenschaften der aufgetrennten Pigmente werden über den Diode Array
Detektor (DAD) im Wellenlängenbereich von 350 bis 700 nm mit einer spektralen
Bandbreite von 4 nm alle 800 Millisekunden für die 30 Minuten dauernde Laufzeit
gemessen. Als Marker wurden folgende Pigmente verwendet: Chlorophyll a,
Chloropyhll b, Chloropyhll c2, Phäophorbid a, Phäophytin a, Chlorophyllid a,
Alloxanthin, Diadinoxanthin, Fucoxanthin, Lutein, Peridinin, Zeaxanthin.
Seite 154 Hydrologie
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Gewässerkunde
Plankton und
Wasserbeschaffen-
heit in der
Tideems 2017-
2020
Der Oberwasserabfluss aus der Mittleren Ems wird am Pegel Versen bei Ems-Km
234,78 erfasst. Die Jahre 2017 bis 2020 zeigten im Zeitraum April bis Oktober
BfG-2061
bezüglich des Abflusses eine typische jahreszeitliche und interannuelle Variabilität
(Abb. 6). In den Jahren 2017 bis 2020 lag der Sommermittelwert (Mai – Oktober) zum
Teil deutlich unter dem langjährigen MQ für das hydrologische Sommerhalbjahr (Tab.
5). In den Jahren 2018 bis 2020 traten von Mai bis Oktober keine hohen Abflüsse >
100 m³/s auf.
Abb. 6: Tagesmittelwerte der Oberwasserabflüsse (01.04. bis 31.10.) der Ems (Pegel
Versen WD, DEK-Km 234,78) für die Jahre 2017 bis 2020 sowie die Zeitpunkte der BfG-
Längsbereisungen (rote Pfeile)
Seite 16Tab. 4: Hauptwerte des Abflusses am Pegel Versen WD (DEK-Km 234,78, 1942/2014, 73
Jahre)
Bundesanstalt für
Abflussjahr Sommer Winter Gewässerkunde
(November – Oktober) (Mai – Oktober) (November – April) Plankton und
NQ [m³/s] 5,2 (01.08.1947) 5,2 9,00 Wasserbeschaffen-
heit in der
MNQ [m³/s] 16,9 17,3 33,8 Tideems 2017-
2020
MQ [m³/s] 79,3 45,1 114
MHQ [m³/s] 360 161 350 BfG-2061
HQ [m³/s] 1200 (12.02.1946) 555 1200
NQ = Niedrigster Abfluss
MNQ = Mittlerer Niedrigwasserabfluss
MQ = Mittlerer Abfluss
MHQ = Mittlerer Hochwasserabfluss
HQ = Höchster Abfluss
Tab. 5: Monats- und Sommermittelwerte (April bis Oktober) des Abflusses am Pegel
Versen WD (DEK-Km 234,78) für die Jahre 2017 bis 2020
Sommer
Jahr Einheit Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt
(Mai-Okt)
2017 m³/s 44,3 33,9 26,0 41,0 36,3 37,9 61,5 39,4
2018 m³/s 63,0 41,1 31,7 25,1 25,5 29,4 25,9 29,8
2019 m³/s 53,5 29,4 26,2 24,6 23,6 26,1 52,1 30,3
2020 m³/s 48,1 31,2 34,5 27,4 27,5 25,1 28,3 29,0
Seite 175 Ergebnisse
Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Plankton und
Wasserbeschaffen-
heit in der
Tideems 2017-
2020
BfG-2061 5.1 Längsprofile des Chlorophyll a-Gehaltes
Die messtechnische Erfassung des Chlorophylls als Anzeiger für die Algenbiomasse
ist in der Tideems durch die hohen Schwebstoffgehalte stark erschwert. Dies gilt für
alle gängigen Methoden der Erfassung, d. h. sowohl für photometrische und
chromatografische Verfahren als auch für optische Messmethoden. Auch die Methode
mittels Planktonzählungen das Biovolumen, und damit die Algenbiomasse zu
bestimmen, ist erschwert. Besonders der Ästuarbereich der Ems im Abschnitt vom
Wehr Herbrum bis UE-Km 20 ist oft durch extrem hohe Seston-Gehalte
gekennzeichnet (siehe auch Kapitel 5.4), so dass in diesem Abschnitt teilweise keine
validen Messergebnisse erzielt werden konnten.
Die Störung der Messmethoden wird bei der quantitativen Phytoplankton-Analyse
nach DIN-Verfahren (DIN 38412-L16) und auch bei der HPLC-Methode dadurch
bewirkt, dass bei erhöhten Seston-Gehalten nur noch sehr wenig Wasservolumen
filtriert werden kann, so dass auch nur sehr wenig Chlorophyll a auf dem Filter
aufkonzentriert werden kann und damit in der eigentlichen Probe verbleibt. Als Folge
wird im unteren Messbereich gearbeitet und die Messungenauigkeit damit sehr groß.
Bei optischen Messverfahren des Chlorophyll a-Gehaltes mittels Sonden, kommt es
ebenfalls zu starken Beeinträchtigungen durch den Schwebstoff, da die optische
Anregung des Chlorophylls und das in Folge dann vom Chlorophyll erzeugte optische
Signal durch die vielen Partikel stark gestört wird. Wegen der hohen
Schwebstoffgehalte wurden daher einige der Messdaten aus den Abbildungen (Abb. A
1 bis Abb. A4) entfernt bzw. anders dargestellt: Sobald sich bei der HPLC-Analyse
rechnerisch weniger als 1 µg Chlorophyll auf dem Filter befand wurden die Balken für
den HPLC-Wert in hellrot statt in dunkelrot dargestellt. Zudem wurden Messwerte für
die Bestimmung des Chlorophyll a-Gehaltes nach DIN bei diesem Grenzwert als nicht
belastbar eingestuft und die Balken für diese Proben aus den Grafiken (Abb. A 1 bis
Abb. A4) entfernt. Die Chlorophyll a-Fluoreszenz mittels Sonden wird ebenfalls nur
bis zu dem HPLC-Wert dargestellt, bei dem der Grenzwert von 1 µg Chlorophyll auf
dem Filter das erste Mal unterschritten wurde.
Die Chlorophyll a-Gehalte der Frühjahrs- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen
unterscheiden sich voneinander (Abb. 7, Abb. A 1 bis Abb. A 4). Der Median des
Chlorophyll a-Gehaltes im gesamten Streckenverlauf liegt im Frühjahr bei 8,7 µg
Chla/l und im Sommer/Herbst bei 5,4 µg Chla/l. Dies liegt vor allem an dem im Median
Seite 18deutlich höheren Eintrag aus der Mittelems im Frühjahr (14,5 µg Chla/l) im Vergleich
zum Eintrag im Sommer/Herbst (6,1 µg Chla/l). Die Chlorophyll a-Gehalte sinken
Bundesanstalt für
dann auf den ersten 30 Kilometern des Tidebereichs ab; im Frühjahr deutlich stärker Gewässerkunde
als im Sommer/Herbst. Im weiteren Verlauf der Tideems von UE-Km 30 bis UE-Km Plankton und
60 liegen geringe Chla-Werte vor, wobei die Medianwerte der Chlorophyll a-Gehalte Wasserbeschaffen-
heit in der
im Sommer mit 6,6 bis 7,7 mg/l über den Werten im Sommer/Herbst mit 4,8 bis 5,2 Tideems 2017-
2020
mg/l liegen. Tendenziell ist im Bereich von UE-Km 60 bis 80 also in Richtung Nordsee
BfG-2061
sowohl im Frühjahr als auch im Sommer/Herbst wieder eine sehr leichte Zunahme der
Chlorophyll a-Gehalte zu erkennen.
Abb. 7: Boxplots der mit HPLC bestimmten Chlorophyll a-Werte. A = Alle Daten aus
den Frühjahrs- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen 2009-2020 (ohne Juli 2020) / B u. C =
Daten nach Flussabschnitten sortiert (B = Frühjahr / C = Sommer/Herbst)
Seite 195.2 Längsprofile von Nitrat, Nitrit und Ammonium
Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Plankton und Das Eingangssignal des Nitrat-Stickstoffs in die Tideems lag in den Jahren 2009 bis
Wasserbeschaffen-
heit in der
2020 zwischen 1,2 und 5,1 mg NO3-N/l (Mittelwert = 2,6 mg NO3-N/l) (Tab. 6, Abb.
Tideems 2017-
2020
A 5 bis Abb. A 8). Damit repräsentierte der Nitrat-Stickstoff die bei weitem größte
Fraktion des gelösten anorganischen Stickstoffs. Die Median-Werte des Nitrat-
BfG-2061
Stickstoffs (Abb. 8) lagen bei den Frühjahrs-Bereisungen mit 1,9 mg NO3-N/l im Mittel
etwa doppelt so hoch wie bei den Sommer/Herbst-Bereisungen (0,9 mg NO3-N/l).
Dabei nahmen die Nitrat-Stickstoff-Gehalte im Sommer/Herbst im Längsverlauf des
Tidebereichs kontinuierlich ab, während die Werte im Frühjahr bis etwa UE-Km 30
stabil blieben und erst dann deutlich abnahmen. Generell wurden im äußersten
untersuchten Abschnitt der Außenems (UE-Km 80 bis 92) durch die zunehmende
Einmischung von Seewasser die im Median niedrigsten Nitrat-Stickstoff-Gehalte
gemessen (Frühjahr = 0,12 mg NO3-N/l, Sommer = 0,08 mg NO3-N/l).
Das Eingangssignal des Nitrit-Stickstoffs lag im Mittel bei 0,024 mg NO2-N/l
(Minimum = 0,005 mg NO2-N/l, Maximum = 0,067 mg NO2-N/l) (Tab. 6, Abb. A 5
bis Abb. A 8). Die Median-Werte des Nitrit-Stickstoffs (Abb. 9) lagen bei den
Sommer/Herbst-Bereisungen mit 0,012 mg NO2-N/l in etwa auf dem gleichen Niveau
wie im Frühjahr (0,011 mg NO2-N/l) obwohl der Median auf den ersten 15 Kilometern
(UE-Km -15 bis 0) im Frühjahr deutlich höher war als im Sommer/Herbst (Frühjahr =
0,022 mg NO2-N/l und Sommer/Herbst = 0,013 mg NO2-N/l). Die Minimum-Werte
des Medians der Nitrat-Stickstoff-Gehalte wurden im Bereich zwischen UE-Km 0 und
30 registriert während die Maximum-Werte bei UE-Km 40-50 (Frühjahr) bzw. 50-60
(Sommer/Herbst) lagen. In Richtung Außenems kam es dann zu einem
kontinuierlichen Absinken des Nitrit-Stickstoff-Gehaltes.
Der Ammonium-Stickstoff wurde im Mittel mit 0,09 mg NH4-N/l (Minimum = 0,006
mg NH4-N/l, Maximum = 0,230 mg NH4-N/l) in den Tidebereich der Ems eingetragen
(Tab. 6, Abb. A 5 bis Abb. A 8). Die Median-Werte (Abb. 10) lagen im Frühjahr bei
0,066 und im Sommer/Herbst bei 0,043 mg NH4-N/l. Der Minimum-Wert des Medians
lag bei den Bereisungen jeweils zwischen UE-Km 10-30 (Frühjahr = 0,020 mg NH4-
N/l, Sommer/Herbst = 0,024 mg NH4-N/l). Das Maximum der Median-Werte wurde
sowohl im Frühjahr (0,107 mg NH4-N/l) als auch im Sommer/Herbst (0,120 mg NH4-
N/l) bei UE-Km 60-70 registriert.
Seite 20Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Plankton und
Wasserbeschaffen-
heit in der
Tideems 2017-
2020
BfG-2061
Abb. 8: Boxplots des Nitrat-Stickstoff-Gehaltes (Einzelproben). A = Alle Daten aus den
Frühjahr- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen 2009-2020 (ohne Juli 2020) / B u. C = Daten
nach Flussabschnitten sortiert (B = Frühjahr / C = Sommer/Herbst)
Abb. 9: Boxplots des Nitrit-Stickstoff-Gehaltes (Einzelproben). A = Alle Daten aus den
Frühjahrs- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen 2009-2020 (ohne Juli 2020) / B u. C =
Daten nach Flussabschnitten sortiert (B = Frühjahr / C = Sommer/Herbst)
Seite 21Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Plankton und
Wasserbeschaffen-
heit in der
Tideems 2017-
2020
BfG-2061
Abb. 10: Boxplots des Ammonium-Stickstoff-Gehaltes (Einzelproben). A = Alle Daten
aus den Frühjahrs- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen 2009-2020 (ohne Juli 2020) / B u.
C = Daten nach Abschnitten sortiert (B = Frühjahr / C = Sommer/Herbst)
Seite 22Tab. 6: Tideeingangssignal (UE-Km -14,7 bis 1) der Parameter Ammonium-Stickstoff,
Nitrit-Stickstoff und Nitrat-Stickstoff für die verschiedenen Bereisungen der Jahre 2009
bis 2020 Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Bereisung Ammonium Nitrit Nitrat Plankton und
Wasserbeschaffen-
mg NH4-N/l mg NO2-N/l mg NO3-N/l heit in der
Mai 2009 0,112 0,031 2,78 Tideems 2017-
2020
Sep 2009 0,097 0,014 1,88
BfG-2061
Mai 2010 0,089 0,036 3,27
Jul 2010 0,150 0,012 1,22
Mai 2011 0,230 0,037 2,50
Sep 2011 0,089 0,010 3,80
Jun 2012 0,081 0,033 2,50
Sep 2012 - 0,005 1,20
Mai 2013 0,058 0,041 2,65
Jul 2013 0,068 0,023 2,06
Sep 2013 0,023 0,033 1,75
Mai 2014 0,125 0,067 5,07
Sep 2014 0,088 0,015 2,77
Apr 2015 0,066 - 3,96
Aug 2016 - 0,032 2,88
Sep 2016 - 0,013 2,29
Apr 2017 0,110 0,031 3,16
Jul 2017 - 0,025 1,83
Jun 2018 0,086 0,016 3,20
Jun 2019 0,069 0,015 -
Aug 2019 0,006 0,006 1,39
Jun 2020 0,112 0,019 2,20
Mittel 0,092 0,024 2,59
Seite 235.3 Längsprofile von ortho-Phosphat und Silizium
Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Plankton und
Das Eingangssignal des ortho-Phosphats aus dem Binnenbereich lag in den Jahren
Wasserbeschaffen-
heit in der
2009 bis 2020 im Mittel bei 0,021 mg P/l (Minimum = 0,004 mg P/l, Maximum = 0,054
Tideems 2017- mg P/l) (Tab. 7, Abb. A 9 bis Abb. A 12). Der Median-Wert des ortho-Phosphats (Abb.
2020
11) lag bei den Frühjahrs-Bereisungen bei 0,035 mg P/l und bei den Sommer/Herbst-
BfG-2061
Bereisungen bei 0,081 mg P/l. Die relativ niedrigen Werte am Anfang des Tidebereichs
stiegen dann stromab kontinuierlich an und erreichten ein Maximum bei Unterems-Km
30-40 (Frühjahr, Median = 0,066 mg P/l) bzw. bei UE-Km 40-50 (Sommer/Herbst,
Median = 0,121 mg P/l). Im weiteren Verlauf des Tidebereichs sank der ortho-
Phosphat-Gehalt dann in etwa wieder bis auf seinen Ausgangs-Wert.
Silizium wurde im Mittel mit 3,89 mg Si/l (Minimum = 1,77 mg Si/l, Maximum = 5,90
mg Si/l) in den Tidebereich eingetragen (Tab. 7, Abb. A 9 bis Abb. A12). Im Median
(Abb. 12) lag der Silizium-Gehalt im Sommer/Herbst mit 3,71 mg Si/l deutlich höher
als bei den Bereisungen im Frühjahr (Median = 2,06 mg Si/l). Das Maximum des
Median-Wertes lag sowohl im Frühjahr als auch im Sommer/Herbst bei UE-Km 10-20
(Frühjahr, Median = 4,24 mg Si/l und Sommer/Herbst, Median = 6,32 mg Si/l). Nach
Erreichen des Maximums kam es im zunehmenden Verlauf des Tidebereichs durch
Einmischung von Nordseewasser zu einem kontinuierlichen Absinken des Silizium-
Gehaltes bis hin zu Medianwerten von 0,09 (Frühjahr) und 0,23 mg Si/l (Sommer) im
Abschnitt von UE-Km 80 bis 92.
Seite 24Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Plankton und
Wasserbeschaffen-
heit in der
Tideems 2017-
2020
BfG-2061
Abb. 11: Boxplots des ortho-Phosphat-Gehaltes (Einzelproben). A = Alle Daten aus den
Frühjahrs- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen 2009-2020 (ohne Juli 2020) / B u. C =
Daten nach Flussabschnitten sortiert (B = Frühjahr / C = Sommer/Herbst)
Abb. 12: Boxplots des Silizium-Gehaltes (Einzelproben). A = Alle Daten aus den
Frühjahrs- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen 2009-2020 (ohne Juli 2020) / B u. C =
Daten nach Flussabschnitten sortiert (B = Frühjahr / C = Sommer/Herbst)
Seite 25Tab. 7: Tideeingangssignal (UE-Km -14,7 bis 1) der Parameter ortho-Phosphat und
Silizium für die verschiedenen Bereisungen der Jahre 2009 bis 2020
Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Bereisung ortho-P Si
Plankton und
Wasserbeschaffen- mg P/l mg Si/l
heit in der
Tideems 2017- Mai 2009 0,005 2,76
2020
Sep 2009 0,027 3,70
BfG-2061 Mai 2010 0,010 3,64
Jul 2010 0,042 -
Mai 2011 0,017 2,39
Sep 2011 0,039 5,90
Jun 2012 0,005 4,98
Sep 2012 0,005 4,50
Mai 2013 0,016 3,04
Jul 2013 0,024 3,47
Sep 2013 0,028 4,06
Mai 2014 0,004 5,14
Sep 2014 0,026 4,83
Apr 2015 0,018 -
Aug 2016 0,054 5,14
Sep 2016 0,032 5,70
Apr 2017 0,005 3,19
Jul 2017 0,037 3,90
Jun 2018 0,016 1,77
Jun 2019 - 3,66
Aug 2019 0,004 2,59
Jun 2020 0,017 3,49
Mittel 0,021 3,89
Seite 265.4 Längsprofile von Sauerstoffsättigung, Salinität, Trübung und
pH-Wert Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Plankton und
Das Tideeingangssignal der Sauerstoffsättigung lag in den Jahren 2009 bis 2020 im Wasserbeschaffen-
heit in der
Mittel bei 97,9 % (Minimum = 75,9 %, Maximum = 114,5 %) (Tab. 8, Abb. A 13 bis Tideems 2017-
2020
Abb. A 16). Der Median der Sauerstoffsättigung (Abb. 13) lag im Frühjahr und im
Sommer/Herbst auf dem gleichen Niveau (83,36 % bzw. 83,23 %). Das Minimum des BfG-2061
Median-Wertes lag im Frühjahr zwischen UE-Km 10 – 20 (44,8 %) und im
Sommer/Herbst zwischen UE-Km 0 – 10 (36,2 %). Nach dem Erreichen des Minimums
kam es zunächst sowohl im Frühjahr als auch im Sommer/Herbst zu einem steilen
Anstieg der Sauerstoffsättigung bis etwa UE-Km 40 – 50. Im weiteren Verlauf der
Tideems in Richtung Nordsee flachte der Anstieg der Sauerstoffsättigung zunehmend
ab. Bei Borkum (UE-Km 91,2) wurde dann meist wieder eine Sauerstoffsättigung von
100 % oder mehr erreicht. Eine Sauerstoffsättigung von 50 % wurde bei nahezu allen
Bereisungen (nicht bei den Bereisungen 9/2012, 5/2013, 4/2015 und 4/2017) zeitweise
unterschritten (Abb. 17). Der Abschnitt der Unterschreitung von 50 % der
Sauerstoffsättigung lag dabei im Mittel zwischen UE-Km -0,4 und 20,6. Auch der Wert
von 40 % Sauerstoffsättigung wurde bei 16 von 22 Bereisungen zeitweise
unterschritten. Der Abschnitt der Unterschreitung der 40 %-Grenze lag im Mittel
zwischen UE-Km -0,5 und 17,2.
Der Gradient der Salinität verlief bei den verschiedenen Bereisungen abhängig vom
Oberwasserabfluss und meteorologischer Bedingungen unterschiedlich (Tab. 8, Abb.
A 13 bis Abb. A 16). Dadurch lassen sich auch die Unterschiede der Median-Werte
(Abb. 14) bei den Bereisungen im Frühjahr (Median = 12,00 PSU) und im
Sommer/Herbst (Median = 14,57 PSU) erklären. Die Grenze des limnischen Bereiches
(hier definiert mit < 1 PSU) schwankte zwischen UE-Km -0,9 (09/2013) und UE-Km
24,7 (04/2015) (Abb. 19). Die Grenze des oligohalinen Bereiches (PSU 1 bis 5)
variierte in den verschiedenen Jahren zwischen UE-Km 5,3 und 34,7. Die Grenze des
mesohalinen Bereiches (PSU 5 bis 18) reichte von UE-Km 17,7 bis 59,2. Richtung
Nordsee befand sich dann der polyhaline Bereich (PSU > 18).
Das Tideeingangssignal der Trübung lag im Mittel bei 20,3 NTU (Minimum = 5,2
NTU, Maximum = 85,4 NTU) (Tab. 8, Abb. A 13 bis Abb. A 16). Der Median der
Trübung (Abb. 15) lag bei den Frühjahrs-Bereisungen bei 164,5 NTU und bei den
Sommer/Herbst-Bereisungen bei 90,1 NTU. Das Maximum des Median-Wertes lag im
Frühjahr mit 1330 NTU zwischen UE-Km 10 – 20 und im Sommer/Herbst mit 1676
NTU zwischen UE-Km 0 – 10. Nach Erreichen des Trübungsmaximums kam es zu
einem relativ steilen Absinken der Trübungswerte, wobei die Kurve in Richtung
Nordsee immer flacher wurde. Auf der Höhe von Borkum (UE-Km 91,2) wurden
zumeist Trübungs-Werte von unter 10 NTU erreicht. Ein oberflächennaher
Trübungswert von 500 bzw. 1000 NTU wurde bei allen Bereisungen zeitweise
Seite 27überschritten (Abb. 18). Der Abschnitt der Überschreitung von 500 NTU lag dabei im
Bundesanstalt für Mittel zwischen UE-Km -8,5 und 25,1. Der Abschnitt der Überschreitung der Trübung
Gewässerkunde
von 1000 NTU lag im Mittel zwischen UE-Km -6,0 und 19,1.
Plankton und
Wasserbeschaffen-
heit in der
Der Median des pH-Wertes (Abb. 16) lag bei den Frühjahrs- und den Sommer/Herbst-
Tideems 2017- Bereisungen in etwa auf demselben Niveau (pH-Wert 7,73 bzw. 7,74). Der niedrigste
2020
pH-Wert wurde unabhängig von der Jahreszeit im Bereich zwischen UE-Km -15 und
BfG-2061
0 registriert (7,44 im Frühling, 7,49 im Sommer/Herbst). Im Längsverlauf der Tideems
stieg der pH-Wert dann relativ kontinuierlich an auf Werte von bis zu 8,17 (Frühling)
bzw. 8,05 (Sommer/Herbst).
Abb. 13: Boxplots der oberflächennahen Sauerstoffsättigung (aggregierte 2-Min.-Werte).
A = Alle Daten aus den Frühjahrs- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen 2009-2020 (ohne
Juli 2020) / B u. C = Daten nach Flussabschnitten sortiert (B = Frühjahr / C =
Sommer/Herbst)
Seite 28Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Plankton und
Wasserbeschaffen-
heit in der
Tideems 2017-
2020
BfG-2061
Abb. 14: Boxplots der Salinität (aggregierte 2-Min.-Werte). A = Alle Daten aus den
Frühjahrs- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen 2009 – 2020 (ohne Juli 2020) / B u. C =
Daten nach Flussabschnitten sortiert (B = Frühjahr / C = Sommer/Herbst)
Abb. 15: Boxplots der oberflächennahen Trübung (aggregierte 2-Min.-Werte). A = Alle
Daten aus den Frühjahrs- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen 2009-2020 (ohne Juli 2020)
/ B u. C = Daten nach Flussabschnitten sortiert (B = Frühjahr / C = Sommer/Herbst)
Seite 29Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Plankton und
Wasserbeschaffen-
heit in der
Tideems 2017-
2020
BfG-2061
Abb. 16: Boxplots des pH-Werts (aggregierte 1-Min.-Werte). A = Alle Daten aus den
Frühjahrs- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen 2009-2020 (ohne Juli 2020) / B u. C =
Daten nach Flussabschnitten sortiert (B = Frühjahr / C = Sommer/Herbst)
Seite 30Tab. 8: Tideeingangssignal (UE-Km -14,7 bis -12,9) der Parameter Sauerstoffsättigung,
Salinität und Trübung für die verschiedenen Bereisungen der Jahre 2009 bis 2020
Bundesanstalt für
Bereisung O2sätt Salinität Trübung Gewässerkunde
[%] [PSU] [NTU] Plankton und
Wasserbeschaffen-
Mai 2009 104,3 0,49 10,43 heit in der
Tideems 2017-
Sep 2009 97,5 0,71 6,80 2020
Mai 2010 109,7 0,58 13,02
BfG-2061
Jul 2010 80,9 0,75 7,37
Mai 2011 - - -
Sep 2011 - - -
Jun 2012 101,7 0,52 18,30
Sep 2012 103,1 0,75 6,18
Mai 2013 103,1 0,60 85,35
Jul 2013 79,4 0,65 -
Sep 2013 95,0 0,74 4,89
Mai 2014 75,9 0,47 12,73
Sep 2014 92,5 0,67 9,04
Apr 2015 110,8 0,47 15,29
Aug 2016 100,1 0,50 6,40
Sep 2016 - -
Apr 2017 114,5 0,46 14,25
Jul 2017 105,3 0,62 5,19
Jun 2018 92,8 0,50 9,32
Jun 2019 94,1 0,45 83,74
Aug 2019 107,0 0,80 9,78
Jun 2020 88,3 0,44 47,76
Mittel 97,7 0,59 20,32
Seite 31Tab. 9: Abschnitte an denen ein Wert von 50% bzw. 40% der Sauerstoffsättigung
unterschritten wurde, sowie Messort (UE-Km) und Wert des kleinsten gemessen
Bundesanstalt für
Gewässerkunde Sauerstoffwertes (aggregierte 2-Min.-Werte).
Plankton und Unterschreitung 50% Unterschreitung 40%
Wasserbeschaffen- Bereisung Minimumwert O2 %
heit in der O2 O2
Tideems 2017-
2020
Km von Km bis Km von Km bis Km Wert
Mai 09 13,3 4,3 - - 11,3 45,4
BfG-2061
Sep 09 3,8 -7,2 1,7 -6,2 -0,5 31,8
Mai 10 27,5 13,3 - - 19,2 43,2
Jul 10 22,7 -8,4 20,3 -5,7 5,5 7,4
Mai 11 17,0 -6,3 13,7 -5,5 0,0 29,8
Sep 11 23,0 -4,5 17,7 -1,2 6,4 24,3
Jun 12 29,7 5,0 27,1 8,8 18,7 32,0
Sep 12 - - - - 7,0 57,4
Mai 13 - - - - 12,0 53,3
Jul 13 29,1 0,5 26,5 1,9 12,7 22,2
Sep 13 9,8 -6,6 5,6 -5,7 -0,9 26,3
Mai 14 22,9 -0,3 16,0 -0,3 4,0 27,4
Sep 14 5,3 0,3 2,6 0,3 0,3 35,8
Apr 15 - - - - 25,2 53,1
Aug 16 17,4 -1,0 9,9 0,4 2,9 33,8
Sep 16 27,1 1,8 23,5 2,2 8,0 25,0
Apr 17 - - - - 7,5 61,1
Jul 17 31,2 2,5 29,6 2,5 17,5 21,3
Jun 18 21,3 -1,5 17,4 -0,7 4,0 20,8
Jun 19 25,5 0,8 21,5 3,7 12,9 27,4
Aug 19 2,8 -7,9 -0,5 -7,9 -2,4 25,7
Jun 20 23,3 -0,3 19,3 -0,3 6,5 25,3
Mittel 19,6 -0,9 15,7 -0,9 8,1 33,2
Seite 32Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Plankton und
Wasserbeschaffen-
heit in der
Tideems 2017-
2020
BfG-2061
Abb. 17: Abschnitte der Bereisungen (2009 bis 2020) an denen oberflächennah ein Wert
von 50 % bzw. 40 % der Sauerstoffsättigung unterschritten wurde (aggregierte 2-Min-
Werte). Die Rauten markieren den Ort des kleinsten gemessenen Sättigungs-Wertes, in
Klammern sind die jeweiligen Minimumwerte der Sauerstoffsättigung angegeben
Seite 33Tab. 10: Abschnitte (Km von, Km bis) an denen ein Wert von 500 NTU bzw. 1000 NTU
der Trübung überschritten wurde, sowie Messort (UE-Km) und Wert des größten
Bundesanstalt für
Gewässerkunde gemessen Trübungswertes (aggregierte 2-Min.-Werte)
Plankton und Überschreitung 500 Überschreitung 1000
Wasserbeschaffen- Bereisung Maximumwert
heit in der NTU NTU
Tideems 2017-
2020
Km von Km bis Km von Km bis Km Wert
Mai 09 22,4 -8,3 16,3 -2,4 3,3 1928
BfG-2061
Sep 09 19,1 -9,0 12,4 -8,7 -0,5 2132
Mai 10 28,5 -8,1 22,6 -3,9 14,4 1733
Jul 10 20,8 -10,1 16,2 -10,1 2,3 1950
Mai 11 21,0 -11,2 13,7 -8,1 0,8 1848
Sep 11 23,5 -9,9 17,2 -5,1 2,8 2002
Jun 12 41,6 -9,7 32,8 -9,7 -9,1 2780
Sep 12 31,1 -10,1 27,6 -7,9 5,7 2526
Mai 13 26,5 -4,5 20,4 -4,0 15,0 2034
Jul 13
Sep 13 17,0 -9,4 11,9 -8,4 1,3 2534
Mai 14 25,2 -7,3 19,1 -0,3 3,5 1757
Sep 14 5,3 -9,9 -0,3 -9,9 -6,8 1623
Apr 15 36,2 -3,9 34,2 5,2 23,3 1877
Aug 16 25,6 -9,5 17,9 -7,2 -1,4 1900
Sep 16 29,4 0,4 25,2 0,4 2,2 7168
Apr 17 41,6 -9,7 32,8 -9,7 -9,1 2780
Jul 17 23,5 -9,9 17,2 -5,1 2,8 2002
Jun 18 21,0 -11,2 13,7 -8,1 0,8 1848
Jun 19 20,8 -10,1 16,2 -10,1 2,3 1950
Aug 19 28,5 -8,1 22,6 -3,9 14,4 1733
Jun 20 19,1 -9,0 12,4 -8,7 -0,5 2132
Mittel 25,1 -8,5 19,1 -6,0 3,2 2297
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Plankton und
Wasserbeschaffen-
heit in der
Tideems 2017-
2020
BfG-2061
Abb. 18: Abschnitte der Bereisungen (2009 bis 2020) an denen oberflächennah ein Wert
von 500 bzw. 1000 NTU der Trübung überschritten wurde (aggregierte 2-Min-Werte).
Die Rauten markieren den Ort des kleinsten gemessenen Trübungswertes, in Klammern
sind die jeweiligen Minimumwerte der Trübung angegeben
Seite 35Tab. 11: UE-Km an denen ein Wert von 1, 5, 18 und 25 PSU überschritten wurde
(aggregierte 2-Min.-Werte)
Bundesanstalt für
Gewässerkunde
Bereisung PSU > 1 PSU > 5 PSU >18 PSU > 25
Plankton und
Wasserbeschaffen- ab Km ab Km ab Km ab Km
heit in der
Mai 2009 15,8 25,8 59,2 -
Tideems 2017-
2020 Sep 2009 4,9 20,2 33,8 47,8
BfG-2061 Mai 2010 18,7 28,0 47,6 65,1
Jul 2010 0,0 18,3 37,4 -
Mai 2011 3,5 20,4 46,2 -
Sep 2011 9,6 23,0 42,1 66,1
Jun 2012 15,4 31,5 44,1 60,3
Sep 2012 11,8 25,1 41,3 51,2
Mai 2013 13,0 25,0 36,5 50,2
Jul 2013 6,3 20,8 38,9 53,2
Sep 2013 -0,9 15,0 31,5 47,3
Mai 2014 10,6 19,1 44,4 59,1
Sep 2014 -0,3 5,3 24,9 39,9
Apr 2015 24,7 34,7 57,8 77,1
Aug 2016 15,7 25,6 41,8 63,5
Sep 2016 9,8 23,7 39,3 56,9
Apr 2017 16,1 28,2 46,1 64,7
Jul 2017 11,5 29,6 42,7 89,6
Jun 2018 15,9 25,9 42,9 62,7
Jun 2019 12,5 27,6 40,7 57,6
Aug 2019 -4,3 7,8 17,7 29,6
Jun 2020 18,8 27,3 38,7 50,7
Mittel 10,4 23,1 40,7 57,5
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Plankton und
Wasserbeschaffen-
heit in der
Tideems 2017-
2020
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Abb. 19: Die verschiedenen Salinitätsbereiche (PSU) im Längsverlauf der Tideems auf
Basis oberflächennaher Messwerte der Bereisungen der Jahre 2009 bis 2020
Seite 376 Zusammenfassung
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Plankton und
Wasserbeschaffen-
heit in der
Tideems 2017-
2020
In dem vorliegenden Bericht werden die Daten von sechs Längsprofilmessfahrten der
Tideems aus den Jahren 2017 bis 2020 dargestellt. Zudem werden zusammen mit
BfG-2061
gleichartigen Daten der Jahre 2009 bis 2016 - auf Basis von insgesamt 22 Längsprofil-
Bereisungen - für wichtige Parameter wie Algenbiomasse und abiotische Größen
(Sauerstoff, Schwebstoff, Salinität, pH-Wert und Nährstoffe) zusammenfassende
Abbildungen erstellt. Diese zeigen zum einen Boxplots, bei denen die Messwerte für
alle Frühjahrs- bzw. Sommer/Herbst-Bereisungen aggregiert wurden und Boxplots für
jeweils über 10-km Abschnitte aggregierte Messwerte der Frühjahrs- u.
Sommer/Herbst-Bereisungen. Diese Darstellungen geben einen guten Eindruck über
die jahreszeitlich typische Längsverteilung des jeweiligen Parameters in der Tideems.
Die Messfahrten wurden in der Regel bei Ebbstrom durchgeführt und es wurden
oberflächennahe (1 bis 2 Meter Tiefe) Wasserproben im Bereich von UE-Km -14,8 bis
93,1 untersucht.
Die beiden abiotischen Parameter Salinität und Schwebstoffgehalt bzw. Trübung sind
von maßgeblicher Bedeutung für das Ökosystem Tideems. Dabei ist die
Längsverteilung der Salinität wesentlich vom Oberwasserabfluss gesteuert. Der
mittlere Abfluss (sieben-Tage-Mittel vor der Bereisung) am Pegel Versen lag bei den
Frühjahrs-Beprobungen in den Jahren 2009 bis 2020 bei 39,4 m³/s und während der
Sommer/Herbst-Beprobungen im Mittel nur bei 28,2 m³/s. Als Folge wurden im
Frühjahr im Median niedrigere Salinitäten im Ästuar gemessen und der limnische
Abschnitt (hier bei Grenzwert 1 PSU) reichte im Mittel aller Bereisungen vom Wehr
Herbrum bis ca. UE-Km 15 (Abb. 19). Im Sommer war die limnische Zone im Mittel
auf den Abschnitt bis etwa UE-Km 5,8 verkürzt und es konnte ein deutlich steilerer
Salinitätsgradient zwischen UE-Km 20 und 40 beobachtet werden.
Von diesen hydrologischen und hydrodynamischen Faktoren angetrieben, war die
höchste Trübung im Frühjahr im Bereich zwischen UE-Km 10 bis 20 und im
Sommer/Herbst im Bereich zwischen UE-Km 0 bis 10 lokalisiert (Abb. 15). Das heißt,
dass bei höherem Oberwasserabfluss die Zone der höchsten Trübung im Frühjahr
weiter in Richtung Nordsee herausgedrückt war und im Sommer/Herbst bei niedrigeren
Abflüssen die Zone mit den höchsten Trübungen weiter stromauf zu finden war. Die
Ausbildung von zum Teil mehrere Meter dicken sohlnahen Fluid-Mud-Schichten wird
dabei durch eine Tideasymmetrie mit einer deutlichen Flutstromdominanz begünstigt.
Insbesondere die hohen Schwebstoffgehalte haben einen massiven Einfluss auf
wesentliche biologische Umsetzungsprozesse in der Tideems. Denn auf Grund des
organischen Anteils dieser Schwebstoffe, kommt es unter Verbrauch von Sauerstoff zu
intensiven mikrobiellen Abbauprozessen des organischen Materials, was insbesondere
Seite 38im Sommer zu extrem niedrigen (< 2 mg/L) Sauerstoffkonzentrationen führt. Dieser
Effekt wird noch dadurch verstärkt, dass durch die erhöhte Trübung und der damit
Bundesanstalt für
einhergehenden geringen Lichtverfügbarkeit kaum Primärproduktion stattfindet und Gewässerkunde
somit kaum Sauerstoff durch das Phytoplankton gebildet wird. Demzufolge Plankton und
korrespondieren die Zonen mit den niedrigsten Sauerstoffgehalten exakt mit den Zonen Wasserbeschaffen-
heit in der
der höchsten Trübung (Abb. 17 und Abb. 18). Diese Zonen weisen dabei Medianwerte Tideems 2017-
2020
der Sauerstoffsättigung von 36,2 % (Sommer/Herbst, UE-Km 0 bis 10) bzw. 44,8 %
BfG-2061
(Frühjahr, UE-Km 10 bis 20) auf.
Durch die geringe Lichtverfügbarkeit sind die geringsten Chlorophyll-Gehalte auch in
etwa in dem Bereich der höchsten Trübung zu finden. Bei den Frühjahrs-Bereisungen
liegt der Bereich der geringsten Chlorophyll-Gehalte zwischen UE-Km 20 bis 30.
Dabei wird das Algen-Minimum auch durch die Salinität gesteuert, denn beim
Übergang von brackigen zu limnischen Bedingungen kommt es auch zu einem
Wechsel der Arten in der Lebensgemeinschaft des Phytoplanktons. Höhere
Chlorophyll-Gehalte werden dann erst wieder im nahezu marinen Bereich der
Außenems bei UE-Km 50 bis 90 beobachtet, was im Wesentlichen mit der höheren
Lichtverfügbarkeit auf Grund der um über eine Zehnerpotenz geringeren
Schwebstoffgehalte bedingt ist. Zudem ist im Außenemsbereich mit flachen
Seitenbereichen und mit geringeren Wassertiefen über den Wattflächen insgesamt die
Lichtversorgung der Algen besser.
Die Längsverteilung der Nährstoffe in der Tideems ist durch die Vermischung von Süß-
und Salzwasser bestimmt. Daher hängt die Konzentration bei wenig umgesetzten
Nährstoffgrößen linear vom Salzgehalt ab. Bei Parametern, die stärker umgesetzt
werden, treten hingegen Minima oder Maxima der Gehalte im Längsverlauf des
Ästuars auf. So ist bei den Komponenten des Stickstoffs der Nitrat-Gehalt im Frühjahr
hauptsächlich durch die Abflussverhältnisse und die Vermischungsprozesse bestimmt
(Abb. 20 A) und die höchsten Konzentrationen wurden am Anfang des Tidebereichs
gemessen und durch die zunehmende Vermischung mit Ästuar- bzw. Nordseewasser
wurde dann eine Abnahme des Nitrat-Gehaltes beobachtet. Im Sommer/Herbst (Abb.
20 B) zeigten sich dann beim Nitrat leichte Abweichungen von der „idealisierten“
salzgehaltsabhängigen Vermischungskonzentration. Hierfür dürften mikrobielle
Prozesse wie die Denitrifikation, die einen Verbrauch von Nitrat bewirkt oder die
Nitrifikation, die die Bildung von Nitrat bewirkt, verantwortlich sein. Auch der
Silizium-Gehalt hängt oft stark von den Abflussverhältnissen ab, es ist jedoch auch zu
erkennen, dass im Bereich der Trübungszone der Siliziumgehalt durch den aktiven
Abbau von pflanzlichem Material ansteigt.
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