Überwachung der Wasserqualität

Um zu verstehen, ob die Abwasserverschmutzung eine bestimmte Umgebung beeinträchtigt, oder um die Quelle und das Ausmaß des Problems zu ermitteln, ist es für Manager wichtig, Ausgangsbedingungen festzulegen und ein Überwachungsprogramm aufzustellen. Selbst kleinste Bemusterungsprojekte profitieren von einer sorgfältigen Planung, um das Problem zu identifizieren, klare Methoden und Schritte zur Qualitätssicherung zu definieren und Datenverarbeitungs- und Kommunikationspläne zu berücksichtigen.

Die wichtigsten Phasen eines Wasserqualitätsprogramms sind:

Definiere das Problem. Welche potenziellen Auswirkungen auf das Abwasser hoffen Sie zu identifizieren? Welche Daten liegen bereits vor, beispielsweise standortspezifische Informationen zur Abwasserinfrastruktur?
Führen Sie eine gezielte Überwachung der Wasserqualität auf die Wasserqualität durch, indem Sie Verfahren verwenden, die nach Möglichkeit den Input von Experten einbeziehen (z.
Entwicklung und Durchführung fortgeschrittener Studien, um Verschmutzungsquellen aufzuspüren
Analysieren und fassen Sie Daten für die Kommunikation mit Partnern, Entscheidungsträgern und anderen wichtigen Interessengruppen zusammen und berücksichtigen Sie dabei, welche Daten für Ihr Publikum interessant sind
Verwenden Sie die Informationen, um einen Planungsprozess oder eine Managementmaßnahme zu leiten.

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Um Veränderungen der Wasserqualität im Zusammenhang mit Abwasser zu erkennen, sollten Riffmanager die Messung der folgenden Indikatoren in Betracht ziehen:

Stickstoff und Phosphor, essentielle Nährstoffe für Pflanzen und Tiere, sind häufige Indikatoren für Nährstoffe. Zu den Stickstoffquellen gehören Abwässer aus Kläranlagen, Abwässer von gedüngten Rasenflächen und Ackerland, Senkgruben und versagenden Kläranlagen, Abwässer aus Tierdung und Lagerbereichen sowie Industrieabwässer, die Korrosionsinhibitoren enthalten. Übliche Messungen von Stickstoff und Phosphor umfassen: Gesamtstickstoff (alle organischen und anorganischen, gelösten und partikulären Formen von Stickstoff in einer Probe), Ammoniak, Nitrate, Nitrite und Gesamtphosphor (alle Formen von Phosphor).

Schließlich ist Silikat ein wichtiges chemisches Maß, das eine Signatur des Grundwassers ist. Hohe Silikate weisen auf Süßwasserquellen hin. Silikat wird normalerweise zusammen mit Nitrat und Phosphat in einem Labor gemessen. Diese Indikatoren können von einem Autoanalyzer oder einer Laboreinrichtung für ~50 USD/Probe gemessen werden.

Der Salzgehalt kann kostengünstig mit einem Refraktometer und die Temperatur mit einem tragbaren Sensor gemessen werden. Der Salzgehalt kann besonders nützlich sein, wenn Sie Standorte für die Langzeitüberwachung identifizieren.

Gelöster Sauerstoff (DO) ist aufgrund seines Einflusses auf Meeresorganismen ein wichtiger Parameter bei der Beurteilung der Wasserqualität.

Ein niedriger Sauerstoffgehalt kann auf eine Fülle von Phytoplankton oder Bakterien hinweisen, die Sauerstoff verbrauchen. Der Sauerstoffgehalt wird mit einem kalibrierten Multiparameter-Wasserqualitätsmesser – oder einer Sonde – gemessen (Kosten ~1,000-15,000 USD).

Die Trübung – ein wichtiger Test für die Wasserklarheit, der durch Phytoplankton beeinflusst werden könnte – wird üblicherweise mit einer Secchi-Scheibe bewertet, um die Eindringtiefe des Sonnenlichts zu messen.

Andere tragbare digitale Methoden, wie ein Leitfähigkeits- und Trübungsmessgerät, verbessern die Fähigkeit, Daten in Echtzeit zu sammeln, erfordern jedoch Wartung und Kalibrierung.

Fäkalindikatorbakterien (FIB) aus menschlichen Abfällen wie E. coli, Enterococcus, oder C. perfringens kann verwendet werden, um Abwasser zu identifizieren. Es wurden einfache Feldtests entwickelt, die auf FIB in Wasser testen. Ein Beispiel ist in der Fall des ländlichen Tansania Hier wurden 433 Haushalten Schwefelwasserstofftests zur Verfügung gestellt, die es ihnen ermöglichten, ihre eigenen Wasserquellen zu überwachen und fundierte Entscheidungen über Wassersicherheit und -aufbereitung zu treffen. Leider ist die Bakterienkonzentration in Küstenregionen für Meeresmanager in der Regel zu niedrig für diese Art von Feldversuchen und es sind Laboranalysen erforderlich, um sie zu erkennen.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, Wasserproben zu sammeln und FIB-Tests mit einem Satellitenlabor (~3,000 USD) oder einer herkömmlichen Labor- und Kultivierungsmethode durchzuführen, wie dem von Surfrider verwendeten Enterolert-Test (IDEXX) zu einem Preis von etwa 11 USD pro Probe.

Chlorophyll a ist das wichtigste grüne photosynthetische Pigment, das in allen Pflanzen vorkommt, einschließlich phytoplanktonischer Algen, und ein Stellvertreter für planktonische Primärproduzenten. Die Konzentration von Chlorophyll a in Korallenriffgewässern ist ein Indikator für die Häufigkeit und Biomasse von Phytoplankton, das für die meisten Meerestiere die direkte oder indirekte Nahrungsquelle darstellt. Geringes Chlorophyll a Die Werte deuten auf einen guten Wasserzustand hin. Problematisch ist jedoch die langfristige Persistenz erhöhter Spiegel, so dass Chlorophyll a sollten mindestens monatlich überwacht werden, um saisonale Veränderungen der Phytoplankton-Biomasse zu quantifizieren. Chlorophyll a kann mit Filter- und Laborgeräten gemessen werden und kostet bei Versand an ein Labor ~20 USD/Probe.

Diese Daten können Muster und große Veränderungen erkennen, wenn sie über viele Jahre hinweg gesammelt werden. Manager können diese Informationen verwenden, um mit den Mustern der Korallengesundheit und der prozentualen Korallenbedeckung zu korrelieren. Diese Indikatoren sind auch relativ kosteneffizient. Es gibt mehrere Feldtests, die mit tragbaren Kits oder relativ kostengünstigen (<1000 USD) Handheld-Geräten durchgeführt werden können. Diese Feldtests erfordern kleine Wasserproben und liefern innerhalb von Minuten Ergebnisse. Für Manager mit begrenzter Zeit oder begrenztem Budget, um sich einem Monitoring-Programm zu verpflichten, sind dies die ersten Methoden, die verwendet werden können. Manager könnten überlegen, welche Nachweisgrenzen für diese Methoden gelten und ob sie in ihrer Region angemessen sind. In klarem Meerwasser kann es beispielsweise schwierig sein, ein Chlorophyll-Signal zu empfangen oder eine Secchi-Scheibe zu verwenden.

ANZEIGE	PRÜFVERFAHREN/MATERIALIEN
Chlorophyll a	Chlorophyll-Messgerät
DO (gelöster Sauerstoff)	Sensormessung oder Kalorimeter
Gesamtzahl der gelösten Feststoffe (TDS) oder Trübung	Secchi-Scheibe, Trübungsmesser oder Sensoren

Es ist wichtig anzuerkennen, dass diese Indikatoren nicht direkt auf die Abwasserverschmutzung hinweisen, da andere Quellen oder Faktoren zu veränderten Werten beitragen können. Nährstoffe können beispielsweise aus der Landwirtschaft oder der Entwicklung stammen, und Fäkalindikatorbakterien können auch von Tieren oder Böden stammen.

Spuren von Verschmutzungsquellen

Die Identifizierung des Vorhandenseins von Abwasser im Meer ist schwierig und erfordert mehrere Tests, um verschiedene Verunreinigungen zu identifizieren, die üblicherweise im Abwasser vorkommen. Komplexere Tests, die Stickstoffisotope und Schadstoffe messen, die eine menschliche Quelle haben, wie Arzneimittel und organische Abfallverbindungen, wie Detergensmetaboliten oder Lebensmittelzusatzstoffe, können helfen, Abwasser und seine Quelle(n) zu bestätigen. Melden Sie sich bei der Online-Kurs zur Abwasserverschmutzung um mehr darüber zu erfahren, wie verschiedene Arten von chemischen Tracern verwendet werden können, um besser zu verstehen, woher hohe Nährstoffkonzentrationen kommen.

Es gibt Tests, die spezifischere Messungen liefern und Schadstoffe identifizieren können, die häufiger mit Abwasser in Zusammenhang stehen. Ihre Durchführung ist jedoch oft teuer, da sie den Zugriff auf spezielle, teure Maschinen und geschulte Techniker erfordern.

Tests zum Aufspüren von Verschmutzungsquellen:

ANZEIGE	TESTMETHODE
Koffein	Massenspektrometer
DNA	Labortest (eDNA qPCR oder Fluoreszenzquantifizierung)
Medizin	ELISA, Bioassays
Endokrine Disruptoren (zB Östrogen)	Massenspektrometrie, Bioassays (Exposition von Fisch- oder Gewebekulturen)
Bakterien (E. coli, E. faecalis, C. perfringens)	Quantifizierungsmessung durch heterotrophe Plattenzählung, Microarray oder qPCR
Metallindustrie	Massenspektrometer
Stickstoffisotope	Massenspektrometer
Sterole	Massenspektrometer
Sucralose	Massenspektrometer

Wasserproben werden im Feld entnommen und erfordern oft große Volumina, die konzentriert werden müssen, um die Analyse durchzuführen. Wenn kein Labor in der Nähe ist, können Proben versandt werden, aber Temperatur, Zeit und Kosten sind Einschränkungen. Es wird empfohlen, dass Manager an der Schaffung von Kooperationen oder Partnerschaften mit lokalen Universitäten arbeiten, die sich oft freuen, wenn Studenten an realen Problemen arbeiten, und dazu beitragen können, die Kosten für Probenanalysen und Datenanalysen durch Zuschüsse zu kompensieren. Jeder Wasserqualitätsindikator trägt zu unserem Verständnis der Schadstoffe in unserem Wasser bei. Überwachungs- und Analysestrategien, die Messungen mehrerer Indikatoren zusammenstellen, kombiniert mit der Kartierung von Einleitungsstellen, können die Arten und Quellen der Abwasserverschmutzung genauer bestimmen.

Im Abschnitt Ressourcen finden Sie detailliertere Methoden zur Überwachung der Wasserqualität für Praktiker.

Schlechte Wasserqualität vor der Küste von Maui. Foto © Bill Rathfon für Hui O Ka Wai Ola (Association Of The Living Waters), eine Partnerschaft von The Nature Conservancy

Hui O Ka Wai Ola

Hui O Ka Wai Ola ist ein Citizen Science-Programm zur Probenahme der Wasserqualität, das an den Standards und Protokollen des hawaiianischen Gesundheitsministeriums, der Clean Water Branch, ausgerichtet ist. Die gesammelten Proben und Daten werden zur Entscheidungsfindung in Bezug auf Wasserqualitätsstandards und Managementpläne verwendet. Auf dem Feld gesammelte Proben werden in ein örtliches Labor der High School gebracht, das sich mit Verfahren zur Überwachung der Wasserqualität befasst. Daten aus Feldprobenahmebemühungen werden in einer Datenbank zusammengefasst, die die laufende Überwachung unterstützt, die zur Analyse, zur Verfolgung von Verschmutzungsereignissen und zur Erkennung von Wasserqualitäts- und Korallenrifftrends im Zeitverlauf verwendet wird.

Dieses Programm erkennt die Einschränkungen an, die ein Wasserqualitätsindikator aufweisen kann. Jeder Wasserqualitätsindikator trägt zum Verständnis bei, aber keine einzelne Messung ist ausreichend schlüssig. Daher sind Strategien, die Messungen mehrerer Indikatoren zusammenstellen, wertvoller. ref Dies ist besonders wichtig, da keine globale Einigung über die Verschmutzungsschwellen erzielt wurde. Zum Beispiel wird Enterokokken am häufigsten gemessen fäkale Indikatorbakterien (FIB) in Meeresumgebungen zur Bestimmung von Strandschließungen und Hinweisen. Ein anderes im Abwasser gefundenes Bakterium, Clostridium perfringenswird als genauerer Indikator für die Abwasserverschmutzung in Hawaii angesehen, ist jedoch nicht für die landesweite Verwendung zugelassen. ref Das mangelnde koordinierte Verständnis der Widerstandsfähigkeit des Ozeans gegenüber Abwasserverschmutzung, da es sich sowohl auf die Gesundheit der Meere als auch auf die menschliche Gesundheit auswirkt, erfordert die Festlegung lokaler Basislinien und die Überwachung der Bemühungen um einen wirksamen Schutz. Weitere Informationen zu diesem Programm finden Sie in der Webinar über Hui O Ka Wai Ola.

Ressourcen und Tools für Überwachungsprogramme

Datenvisualisierung und -modellierung, Fernerkundung und räumliche Bildgebung ergänzen die Bemühungen zur Überwachung der Abwasserverschmutzung und tragen zur Information des Managements bei. Mit lokalen Daten erstellte Modelle können die Wasserqualität vorhersagen.

Andere Instrumente sammeln globale Daten zu Algenblüten, Korallenbleichereignissen, Meeresoberflächenfluktuationen und Eutrophierungspotenzial, die lokale Anwendung und Relevanz haben. Diese öffentlich zugängliche Daten können mit lokalen geografischen Daten, wie zum Beispiel Standorten von Kläranlagen, kombiniert werden, um Verschmutzungsquellen zu verstehen. Manager können diese Daten auch mit Feld- und Labortests kombinieren, um die Ausgangsbedingungen zu verstehen, Überwachungstests zu priorisieren und Datenlücken zu identifizieren, um Veränderungen der Wasserqualität im Laufe der Zeit besser quantifizieren zu können.

Heilen Sie die NowCast Beach-Berichtskarte der Buchtist ein Modell zur Vorhersage der Strandwasserqualität in Kalifornien, USA, und verbessert das öffentliche Bewusstsein für Kontaminationsereignisse.
Ozean Tipping Points präsentiert quantifizierbare Maße der Wasserqualität (wie Stickstoff- und Phosphorgehalt) mit beobachteten Riffbedingungen in einer interaktiven Karte. Dieses Tool bietet einen Datensatz für die Hawaii-Inseln und unterstützt Managementmaßnahmen zum Schutz der Riffökosysteme. Es enthält auch eine Nährstoffschicht, die mit dem InVEST NDR-Modell erstellt wurde, das Stickstoff- und Phosphorquellen umfassend betrachtet.
Meeresgesundheitsindex präsentiert globale Meeresgesundheitswerte basierend auf Bedrohungen und Widerstandsfähigkeit. Ein spezieller Datenlayer für die Verschmutzung der Meere mit Abwasser ist in Entwicklung und wird für die Datenanalyse und Bewertung der Auswirkungen der Abwasserverschmutzung nützlich sein.
Allen Korallenatlas nutzt hochauflösende Satellitenbilder und fortschrittliche Analytik, um die Korallenriffe der Welt in beispielloser Detailgenauigkeit zu kartieren. Diese Produkte unterstützen die Wissenschaft, das Management, den Schutz und die Politik der Korallenriffe auf der ganzen Welt. (Die Meeresoberflächentemperaturprodukte von NOAA Coral Reef Watch sind im Atlas enthalten.)

Es besteht weiterhin ein Bedarf an innovativen und kostengünstigen Mess- und Berichterstattungsinstrumenten zur Ermittlung der Abwasserverschmutzung. Das Meeresgesundheitsindex ist ein von NCEAS durchgeführtes Projekt, das Meeresgesundheitswerte basierend auf Bedrohungen und Belastbarkeit präsentiert. Eine spezifische Datenschicht für die Abwasserverschmutzung im Ozean befindet sich in der Entwicklung und wird für die Datenanalyse und multiskalare Bewertung der Auswirkungen der Abwasserverschmutzung nützlich sein.

Downloads & Ressourcen

Wie teste ich die Wasserqualität? Chemische Tests für begrenzte Budgets

Citizen Science Webinar zur Überwachung der Wasserqualität

US Coral Reef Task Force Watershed Partnership Initiative Prioritäre Ökosystemindikatoren

Source-Tracking-Ansatz zum Aufspüren und Identifizieren von Abwasserquellen in Gewässern von Hawaii (USGS 2020)