13. Oktober 2023 Ι Die World Water Quality Alliance, ein Konsortium des UN-Umweltprogramms, widmet sich der Verbesserung der Wasserqualität, insbesondere in Entwicklungs- und Schwellenländern. Das vom UFZ koordinierte Projekt GlobeWQ hat innovative Methoden entwickelt, um die Wasserqualität und damit verbundene Risiken besser zu bestimmen, wobei die Ergebnisse nun im Abschlussbericht des Projekts veröffentlicht wurden.

Wasser ist das Fundament des Lebens und seine Qualität und Verfügbarkeit sind von entscheidender Bedeutung für Mensch und Natur. “Sauberes Wasser und sanitäre Einrichtungen für alle” ist daher das sechste Ziel der 17 Nachhaltigkeitsziele (SDGs) der Vereinten Nationen, die im Rahmen der Agenda 2030 umgesetzt werden sollen.

“Das sechste Nachhaltigkeitsziel beinhaltet auch den Schutz wasserabhängiger Ökosysteme sowie die Sicherung der Wasserqualität für Mensch und Umwelt”, erklärt Prof. Dietrich Borchardt, Leiter des UFZ-Themenbereichs Wasserressourcen und Umwelt. “Allerdings mangelt es vielerorts, insbesondere in Entwicklungs- und Schwellenländern, an Informationen zur Beurteilung der Wasserqualität. Zudem sind regelmäßige Gewässerüberwachungen mit Probenentnahmen und Laboranalysen aufwendig und kostspielig und daher nicht überall auf der Welt durchführbar.”

Innovative Methoden zur Verbesserung der globalen Wasserqualität

Das Projekt GlobeWQ schließt diese globalen Daten- und Informationslücken in Bezug auf die Wasserqualität.

“Unser Ziel war es, durch die Kombination von Daten aus Freilandmessungen, Fernerkundung und Wasserqualitätsmodellierung ein umfassendes und kohärentes Bild über den Zustand von Gewässern zu erhalten sowie Erkenntnisse über ihre wichtigsten Einflussfaktoren zu gewinnen”, so Projektleiter Dietrich Borchardt.

In Zusammenarbeit mit lokalen Nutzerinnen und Nutzern entwickelten und testeten die Forscher verschiedene regionale Anwendungsbeispiele für die Analyse- und Service-Plattform GlobeWQ: den Victoriasee in Afrika, den Sewansee in Armenien und die Elbe in Deutschland. Dabei kombinierten sie jeweils Vor-Ort-Messdaten aus der globalen Datenbank GEMStat mit Aufnahmen der Sentinel-2-Satelliten und Modellrechnungen.

“Mit Hilfe der Fernerkundung können optische Messungen wie die Erfassung von Trübung, Sichttiefe und des Gehalts an Chlorophyll-a als Indikator für das Vorkommen von Algen im Gewässer durchgeführt werden”, erklärt Hydrogeologe Dr. Christian Schmidt, der das Projekt am UFZ koordiniert.

Für den Victoriasee, wo es immer wieder zu schädlichen Algenblüten kommt, die sich negativ auf die Fischerei auswirken, liefert GlobeWQ zeitnahe und flächendeckende Informationen zu Chlorophyll-a-Konzentrationen. Sie ermöglichen es, Gefahren durch Algenblüten frühzeitig zu erkennen. Auch in der Elbe besteht das Risiko schädlicher Algenblüten. Der UFZ-Forscher erklärte, dass sie im Rahmen des Projekts gemeinsam mit der Flussgebietsgemeinschaft Elbe einen Prototyp für eine Plattform erstellt haben, der zuverlässige Informationen zu zeitlichen Verläufen und räumlichen Mustern von Algenblüten innerhalb des Flusssystems liefert.

Die Revolution der Wasserqualitätsbewertung

Bisher galten Daten aus Vor-Ort-Messungen als Goldstandard für die Bewertung der Wasserqualität. Doch mit den Anwendungsbeispielen aus dem GlobeWQ-Projekt konnten die Forscher zeigen, dass Fernerkundungsdaten und Modellierung diese sinnvoll ergänzen können, um Datenlücken zu schließen und die Wasserqualität von Gewässern einzuschätzen.

“Im Grunde genommen ist es wie bei der Wettervorhersage”, sagt Hydrobiologe Dietrich Borchardt. “Die zusätzlichen und hochauflösenden Informationen haben einen großen Mehrwert, den wir nutzen sollten – um in Zukunft die Wasserqualität räumlich und zeitlich besser einschätzen und vorhersagen zu können und sie durch gezieltere Maßnahmen nachhaltig zu verbessern.”

Die Methode wurde auch von deutschen Firmen, die am Projekt beteiligt waren, aufgegriffen und weiterentwickelt. Sie wurde beispielsweise erfolgreich bei der Aufklärung der Ursachen für das Fischsterben in der Oder im Sommer 2022 eingesetzt.

Wasserqualitätsmodell WorldQual

Im Rahmen des GlobeWQ-Projekts wurde neben den regionalen Anwendungsbeispielen auch das Wasserqualitätsmodell WorldQual der Ruhr-Universität Bochum weiterentwickelt.

“Das WorldQual-Modell ermöglicht es, die Entwicklung bestimmter für die Beurteilung der Wasserqualität relevanter Parameter in monatlicher Auflösung zu simulieren”, so Christian Schmidt.

Zu diesen Parametern gehören beispielsweise der biologische Sauerstoffbedarf, das Auftreten von Indikatorkeimen für fäkale Verunreinigungen oder der Phosphorgehalt. Dietrich Borchardt erklärte, dass bisher mit WorldQual nur Simulationen für Flüsse in Südamerika, Afrika oder Teilen Asiens durchgeführt werden konnten. Im Rahmen von GlobeWQ wurde das Modell jedoch so erweitert, dass es nun weltweit einsetzbar ist. Er fügte hinzu, dass es nun erstmals Modelldaten für bisher weiße Flecken auf der Wasserqualitäts-Weltkarte gibt, die eine flächendeckende Beurteilung der Wasserqualität von Flüssen ermöglichen. Dies erleichtert die Identifizierung von Gebieten, in denen es besonders wichtig ist, landwirtschaftliche Einträge zu reduzieren oder Kläranlagen zu errichten.

Darüber hinaus ermöglicht die Wasserqualitätsmodellierung Prognosen über die zukünftige Entwicklung der globalen Wasserqualität unter Berücksichtigung von Bevölkerungswachstum und Klimawandel. Die Analyse lässt vorsichtig darauf hoffen, dass die Belastung durch coliforme Bakterien (als Folge fäkaler Verunreinigungen) aufgrund verbesserter Abwasserbehandlung bis 2040 weltweit abnehmen wird – mit Ausnahme von Afrika. Dort wird die Belastung voraussichtlich noch bis 2060 ansteigen, danach aber ebenfalls kontinuierlich sinken.