Machbarkeitsstudie zur Beurteilung der Schadstoffbelastung von Sedimenten infolge des Juli-Hochwassers 2021 im Übergang vom Mittelgebirge zum Tiefland
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zahlreiche Orte in NRW und RLP waren zwischen dem 13. und 16. Juli von einem extremen Hochwasser betroffen. Es fiel binnen 48 Stunden mehr Regen, als im gesamten Monat Juli üblich. Während des Hochwassers kam es zu Pegelhöchstständen. Hierbei wurde das HQExtrem überschritten. Da Hochflutereignisse selten vorkommen, ist die Schadstoffverteilung durch die Fluten im Vorhinein nicht bekannt. Die frühesten Berichterstattungen zu Hochwassern an der Rur stammen aus dem frühen Mittelalter, neuere dokumentierte Extremhochwasser traten 1890, zum Jahreswechsel 1902/1903 und im Juni 1905 auf. An der Inde tritt regelmäßig Hochwasser in den niederschlagsreichen Wintermonaten auf, im Volksmund auch «Adventshochwasser» genannt. In 18 von 25 dokumentierten Hochwasserereignissen seit 1890 fand die Überflutung in den Wintermonaten statt. Die meisten Hochwasser liegen zwischen Pegelhöhen von 2,0 m und 2,5 m an der Inde, also Abflusswerten von knapp 60 m³/s bis 90 m²/s. Ein HQ100 blieb bis 2021 allerdings unerreicht. Das große Schadenspotential der Inde-Hochwasser zeigte sich zum Beispiel 1906, als das Hochwasser eine am Eschweiler Inde-Ufer errichtete Drahtfabrik zum Einsturz brachte. Das Hochwasser im Juli 2021 hat gezeigt, welchen Einfluss die Topographie auf die Hydraulik der ablaufenden Hochwasserwelle hat. Beginnend im Mittelgebirge haben sich die Wassermassen während des Starkregenereignisses schnell zu einer steilen Hochwasserwelle mit hohen Fließgeschwindigkeiten akkumuliert, die mit hohem Erosionspotenzial und Transportkapazität großes Geröll, Steine, Bäume und sogar Autos transportiert hat. In der Strömung mitgeführte Materialien, vor allem Bäume, führten zu Verklausung an Brückendurchlässen, wodurch rückschreitende Erosionsprozesse initiiert oder verstärkt wurden. Die rückschreitende Erosion zeigt sich zum Beispiel hinter Brücken oder an überströmten Bauwerken. Ein eindrucksvolles Beispiel für rückschreitende Erosion konnte während des Juli- Hochwassers 2021 am Braunkohletagebau Inden beobachtet werden. Numerische Modellierungen im Stadtgebiet Eschweiler ergaben, dass fast die gesamte Überflutungsfläche von einer dünnen Sedimentschicht <10 cm überzogen wurde. In strömungsberuhigten Bereichen wurden Mächtigkeiten von > 50 cm erreicht. Je nach Konzentration können Spurenmetalle ein Gesundheitsrisiko darstellen. Die Konzentrationen von Zn, Pb, Cd, Cu und As in Hochwassersedimenten überschreiten internationale Grenzwerte. Insbesondere für Pb und Zn wurden in Sedimentproben Konzentrationen gefunden, die die sogenannte «Probable Effect Concentration» ab der eine Schädigung benthischer Organismen wahrscheinlich ist, deutlich überschritten. Cu, As und Cd überschritten die PEC um 150-500%. Eine einfache Bewertung der Aufnahme zeigt, dass die tolerierbare tägliche Aufnahmemenge für Pb überschritten wird. Hohe Zn- und Pb-Werte wurden unmittelbar unterhalb von Industriegebieten festgestellt. Am Vichtbach liegen zahlreiche potentiellen Schwermetallquellen in Form von Industriebetrieben und Schadstoffhalden. Relationen zwischen Schadstoffquellen und Schwermetallanreicherungen können lediglich vermutet und nicht bewiesen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Das Hochwasser 2021 in Nordrhein-Westfalen und Rheinland-Pfalz : Beobachtungen und Erfahrungen. In: Institut für Siedlungswasserwirtschaft der RWTH Aachen University. Wasserwirtschaft im Klimawandel. digitale 55. Essener Tagung für Wasserwirtschaft. Aachen, Gesellschaft zur Förderung des Instituts für Siedlungswasserwirtschaft an der RWTH Aachen e.V.
Schüttrumpf, H.; Büll, C.; Klopries, E.-M.; Lehmkuhl, F. & Wolf, S. S.
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Das Juli-Hochwasser 2021 in NRW - Ein erster Erfahrungsbericht. Wasser und Abfall, 23(7-8), 14-17.
Schüttrumpf, Holger
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Fluviale Morphodynamik und Sedimentkontamination bei Extremereignissen: Das Juli- Hochwasser 2021 im Inde-Einzugsgebiet (Nordrhein-Westfalen). Korrespondenz Wasserwirtschaft, (15), 422–427.
Lehmkuhl, F.; Weber, A.; Esser, V.; Schulte, P.; Wolf, S. & Schüttrumpf, H.
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Assessment of the 2021 summer flood in Central Europe. Environmental Sciences Europe, 34(1).
Lehmkuhl, Frank; Schüttrumpf, Holger; Schwarzbauer, Jan; Brüll, Catrina; Dietze, Michael; Letmathe, Peter; Völker, Carolin & Hollert, Henner
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Das Hochwasserereignis 2021. In: im Auftrag des Rektors. RWTH Themen. Hochwasser – Beiträge zu Risiken, Folgen und Vorsorge. Aachen, 28–31.
Schüttrumpf, H.
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European toxic flood – methods for contaminated sediment assessment. Session A2 | Effects of extreme events on water quality. 12. Water Research Horizon Conference 2022 - Aquatic Ecosystems between Conservation & Exploitation, Essen , Germany , 2022-09-27 - 2022-09-28.
Büll, C.; Wolf, S. S.; Weber-Bernard, A. C.; Schulte, P.; Lehmkuhl, F.; Hollert & H. Schüttrumpf, H.
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Geomorphologen und Wasserbauingenieure betrachten die Auswirkungen des Juli-Hochwassers. In: im Auftrag des Rektors. RWTH Themen. Hochwasser – Beiträge zu Risiken, Folgen und Vorsorge. Aachen, 12–17.
Brüll, C.; Esser V.; Lehmkuhl, F.; Schulte & P. Wolf, S.
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Schadstoffverlagerungen bei Hochwasserereignissen. In: im Auftrag des Rektors. RWTH Themen. Hochwasser – Beiträge zu Risiken, Folgen und Vorsorge. Aachen.
Esser, V.; Wolf, S.; Schwanen, C.; Schulte, P.; Brüll, C.; Lehmkuhl & F. Schüttrumpf, H.
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Sediment pollution and morphodynamics of an extreme event: Examples from the July 2021 flood event from the Inde River catchment in North Rhine-Westphalia . Copernicus GmbH.
Lehmkuhl, Frank; Esser, Verena; Schulte, Philipp; Weber, Alexandra; Wolf, Stefanie & Schüttrumpf, Holger
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The risk may not be limited to the flooding – Polluted high flood sediments pose a health threat to the unaware public. Research Square Platform LLC.
Weber, Alexandra; Wolf, Stefanie; Becker, Nadine; Märker-Neuhaus, Leonie; Bellanova, Piero; Brüll, Catrina; Hollert, Henner; Klopries, Elena-Maria; Schüttrumpf, Holger & Lehmkuhl, Frank
