Umweltbelastungen von großen Stauseen im NO von Brasilien - Entwicklung eines angepassten Gewässermanagements

 

Neu erschienen: 

 

Gunkel, G. (2019) Água no Contexto das Bacias Hidrográficas: Qualidade, Contaminação e Monitoramento. In: Philippi Jr., A. & Sobral, M. C. (eds.) Gestão de Bacias Hidrográficas e Sustentabilidade. Editora Manole, Barueri, pp. 54-87, ISBN 9788520441152

 

Gunkel, G. (2019) Manejo das  Bacias Hidrográfica: Servicios ecossistemas e Tecnologias Aavançadas. In:. In: Philippi Jr., A. & Sobral, M. C. (eds.) Gestão de Bacias Hidrográficas e Sustentabilidade. Editora Manole, Barueri, pp. 88-118, ISBN 9788520441152 

Marques, É. T., Gunkel, G. & Sobral, M. C, (2019)

Management of Tropical River Basins and Reservoirs under Water Stress: Experiences from Northeast Brazil. Environments 2019, 6, 62. doi.org/10.3390/environments6060062. 

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Matta, E., Koch, H., Selge, F., Simshäuser, M. N., Rossiter, K., Nogueira da Silva, G. M.,  Gunkel, G. &  Hinkelmann, R. (2018) Modeling the impacts of climate extremes and multiple water uses to support water management in the Icó-Mandantes Bay, Northeast Brazil. Journal of water and climate change. Doi.org: 10.2166/wcc.2018.254

  

Die Region von Pernambuco/NO Brasilien repräsentiert eine aride tropische Zone, in der die Probleme der Wasserversorgung der Bevölkerung hinsichtlich der Wassermenge und Wasserqualität besonders gravierend sind. Zentrales Element der Wassermengenwirtschaft sind mehrere Stausee im Verlauf des Sao Francisco Flusses sowie zahlreiche kleine Stauseen, Aufstaue, Teiche und Zisternen zur Retention des Niederschlages während der Regenzeit. Beispielhaft für diese Region wird ein Konzept der Wasserwirtschaft entwickelt, das sowohl bestehende Defizite beseitigt, zugleich aber eine nachhaltige Nutzung ermöglicht. Nur durch eine nachhaltige Wasserwirtschaft gelingt es, die Entwicklung der Region zu sichern und fortzuführen. 

 

Die Kenntnis der limnologischen Prozesse von Stauseen ist von großer Bedeutung, da u.a. das Vorkommen ungewollter Arten  (z.B. gesundheitsschädliche Cyanobakterien, Microcystis spp., Cylindrospermopsis raceborskii) die Nutzung des Wassers für Mensch, Viehbestand und landwirtschaftliche Bewässerung einschränkt. Die Massenentwicklung von Makrophyten (Egeria densa) und damit verknüpft das Auftreten von Schistosomiasis (Bilharziose) führt zu human-pathogenen Effekten.

 

Die Vision von einer sauberen “grünen” Energie aus Wasserkraft, ist durch Ergebnisse aus tropischen Ländern durchkreuzt worden, da Stauseen signifikante Treibhausgasemissionen und Massenentwicklungen von Cyanobakterien aufweisen. Stauseen unterliegen einer natürlichen und schnellen Eutrophierung, verstärkt durch anthropogene Aktivitäten, wie Aquakultur und Bewässerung der landwirtschaftlich genutzten Flächen.

 

Focus der Forschungskooperation mit den Universitäten im NO von Brasilien

  • Umweltbelastungen durch Wasserkraftnutzung, Analyse der Umweltauswirkungen von 20 bis 30 Jahre alten Stauseen.
  • Hydrodynamische Modellierung als Beitrag zur Stauseebewirtschaftung (Quantifizierung der Wasseraustauschprozesse im Stausee und in den Buchten).
  • Auftreten unerwünscher Arten (HAB, harmful algae blooms), i. w. von Blaualgen (Microcystis, Cylindrospermopsis).
  • Massenentfaltung von unerwünschten Unterwasserpflanzen (Wasserpest, Egeria densa) und Möglichkeiten der Regulierung.
  • Satellitenbildauswertung zum Gewässermonitoring (Remote Sensing) zur Erfassung von Algen und Unterwasserpflanzen.  
  • Gewässerbelastungen durch Aquakultur von Fischen in Netzgehegen und Entwicklung einer `Blue Aquaculture´.
  • Oligotrophierung der Stauseen als Grundlage für eine nachhaltige und multiple Wassernutzung. 
  • Nutzung der in Stauseen abgelagerten Sedimenten zur Bodenverbesserung in der Land- und Forstwirtschaft.  

Innovative Konzepte für ein nachhaltiges Management von Stausee sind

  • Oligotrophierung (u.a. durch Einzugsgebietsmanagement, Puffersysteme für Drainagewässer, Sedimententnahme) zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen und zur Sicherung der Ökosystemleistungen.
  • Blaue Aquakultur als alternative zur gegenwärtigen Praxis der Tilapia (Nilhecht) Netzkäfighaltung. Die gegenwärtig praktizierte Fischproduktion in Netzgehegen führt zu schwerwiegenden ökologischen Folgen (Eutrophierung, Anreicherung von Schlamm im Bereich der Gehege, Eintrag von Schadstoffen, u.a. Schwermetalle, Antibiotika, Fungizide, und Beeinträchtigung der natürlichen Fischpopulation) und entspricht nicht dem Gedanken des Tierwohls.
  • Die Wasserkraft-Energieproduktion muss an die Verfügbarkeit des Wassers gekoppelt werden, d. h. die periodischen Wasserstandsschwankungen im Stausee müssen minimiert werden. Strom aus Wasserkraft kann nicht durch Absenken des Stausees bereitgestellt werden.
    Wasserstandsschwankungen führen zu schwerwiegenden Gewässerbeeinträchtigungen (Zerstörung der Ufervegetation, Freisetzungen von Nährstoffen aus trockengefallenen Sedimenten, Absterben der Unterwasservegetation mit der Fauna).
  • Publikationen

 

INNOVATE (Interplay among multiple uses of water reservoirs via inNOVative coupling of substance cycles in Aquatic and Terrestrial Ecosystems).

  • www.innovate.tu-berlin.de

  • Siegmund-Schultze, M., do Carmo Sobral, M., Alcoforado de Moraes, M.M.G., Almeida-Cortez, J.S., Azevedo, R.G., Candeias, A.L., Cierjacks, A., Gomes, E.T.A., Gunkel, G., Hartje, V., Hattermann, F.F., Kaupenjohann, M., Koch, H., Köppel, J, (2018) The legacy of large dams and their effects on the water-land nexus. Reg Environ Change 18 (7) 1883-1888. https://doi.org/10.1007/s10113-018-1414-7. Lese-Link>>>  

  • Siegmund-Schultze, M. (ed.) (2017) Guidance Manual—A compilation of actor-relevant content extracted from scientific results of the INNOVATE project. Universitätsverlag der TU Berlin. 132 pp.  ISBN 978-3-7983-2893-8. DOI 10.14279/depositonce-5732
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  • Siegmund-Schultze, M. (ed.) (2017) Manual de Diretrizes – Uma compilação de conteúdos extraídos de resultados científicos do projeto INNOVATE, relevantes para atores envolvidos nas questões em foco. Universitätsverlag da TU Berlin. 132 pp. ISBN 978-3-7983-2895-2 (print). DOI 10.14279/depositonce-5735
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  • Gunkel, G., Aleixo da Silva, J. A. & Sobral, M. C. (eds.) (2013) Sustainable Management of Water and Land in Semiarid Areas. Editora Universitária UFPE, Recife. ISBN 978-85-415-0259-7, 295 pp.
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Management von tropischen Stauseen

  • Marques, É. T., Gunkel, G. & Sobral, M. C, (2019) Management of Tropical River Basins and Reservoirs under Water Stress: Experiences from Northeast Brazil. Environments 2019, 6, 62. doi.org/10.3390/environments6060062. 
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  • Gunkel, G., Selge, F., Keitel, J., Lima, D., Calado, S., Sobral, M., Rodriguez, M., Matta, E., Hinkelmann, R., Casper, P. & Hupfer, M. (2018) Water management and aquatic ecosystem services of a tropical reservoir (Itaparica, São Francisco, Brazil). Regional Environm. Change 18 (7), 1913-1925. DOI: 10.1007/s10113-018-1324-8
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  • Gunkel, G., Lima, D., F. Selge, F., M. Sobral, M. & Calado, S. (2015) Aquatic Ecosystem Services of Reservoirs in Semi-arid Areas: Sustainability and Reservoir Management. WIT Transactions on Ecology and the Environment 197, 187-200. ISSN 1746-448X Digital ISSN 1743-3541.
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  • Selge, F. & Gunkel, G. (2013) Water Reservoirs: Worldwide distribution, morphometric characteristics and thermal stratification processes. In: Gunkel, G., Aleixo da Silva, J. A. & Sobral, M. C. (2013) Sustainable Management of Water and Land in Semiarid Areas. Editora Universitária UFPE, Recife. ISBN 978-85-415-0259-7, 15- 27.
  • Gunkel, G. (2009) Hydropower – A green energy? Tropical reservoirs and greenhouse gas emissions. Clean 37, 726-734
  • Gunkel, G. & Sobral, M. (eds.) (2007) Reservoirs and River Basins Management: Exchange of Experience from Brazil, Portugal and Germany. Universitätsverlag der TU  Berlin, ISBN: 978-3-7983-2056-7,  279 pp.
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Eutrophierung - Oligotrophierung von Stauseen

  • Selge, F., Matta, E., Hinkelmann, R., & Gunkel, G. (2016). Nutrient load concept-reservoir vs. bay impacts: a case study from a semi-arid watershed. Water Science and Technology, 74(7), 1671-1679. doi: 10.2166/wst.2016.342 (ISSN 0279-1223)
  • Gunkel, G., Selge, F. &  Sobral, M. (2013) Re-oligotrophication of tropical water reservoirs as to minimize environmental impact. In: C. A. Brebbia (ed.) River Basin Management VII, 313-326. WIT Press Southampton, UK, ISBN 978-1-84564-712-4, eISBN 978-1-84564-713-1
  • Baptista, M., Nixdorf, B.  & Gunkel, G. (2013) Phytoplankton Diversity and Succession in Brazilian and German lakes. In: Gunkel, G., Aleixo da Silva, J. A. & Sobral, M. C. (2013) Sustainable Management of Water and Land in Semiarid Areas. Editora Universitária UFPE, Recife. ISBN 978-85-415-0259-7, 60-78.
  • Gunkel, G. & Sobral, M.  (2013) Re-oligotrophication as a challenge for tropical reservoir management with reference to Itaparica Reservoir, São Francisco, Brazil.  – Water Science and Technology 67.4, 708-714
  • Gunkel, G. (2007) Contamination and eutrophication risks of a reservoir in the semi-arid zone: Reservoir Itaparica, Pernambuco, Brazil. In: G. Gunkel & M. Sobral (eds.) Reservoirs and River Basins Management: Exchange of Experience from Brazil, Portugal and Germany. Universitätsverlag der Technischen Universität Berlin, 81 – 95.

 

Aquakultur – Blaue Aquakultur

  • Silva, G. M. N., Assis, J. O., Matta, E., Sobral, M. C., Gunkel, G. & Hinkelmann, R. (2019) Modelagem hidrológica para avaliação da dispersão de nutrientes em reservatórios. In: Estratégias de Monitoramente Ambiental da Aquicultura. Eds. Sampaio, F.G., et al., Instituto de Pesca, São Paulo. pp. 25-26.
  • Gunkel, G., Matta, E., Selge, F., Nogueira da Silva, G. M. & Sobral, M. (2015) Carrying capacity limits of net cage aquaculture for Brazilian reservoirs. Revista Brasileira Ciencias Ambientais 36, 128- 144. doi: 10.5327/Z2176-947820151008
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  • Matta, E., Selge, F., Gunkel, G., Rossiter, K., Jourieh, A. & Hinkelmann, R. (2016)  Simulations of nutrient emissions from a net cage aquaculture system in a Brazilian bay. Water, Sciences and Technologies 73-10, 2430-2435
  • Gunkel, G. Steemann, J. & Sobra, M. C. (2013) Carrying capacity limits in net cage fish production in water reservoirs. In: Gunkel, G., Aleixo da Silva, J. A. & Sobral, M. C. (2013) Sustainable Management of Water and Land in Semiarid Areas. Editora Universitária UFPE, Recife. ISBN 978-85-415-0259-7, 99-117.

 

Hydrodynamische Modellierung

 

  • Matta, E., Koch, H., Selge, F., Simshäuser, M. N., Rossittener, K., Nogueira da Silva, G. M., Gunkel, G. & Hinkelmann, R. (2018) Modeling the impacts of climate extremes and multiple water uses to support water management in the Icó-Mandantes Bay, Northeast Brazil. Journal of Water and Climate Change, https://doi.org/10.20166/wcc.2018.254
  • Matta E, Selge F, Gunkel G, Hinkelmann R (2017) Three-dimensional modeling of wind- and temperature-induced flows in the Icó-Mandantes bay, Itaparica reservoir, NE Brazil. Water 2017, 9, 772. doi:10.3390/w9100772
  • Matta, E., Selge, F., Gunkel, G., Rossiter, K., Jourieh, A. & Hinkelmann, R. (2016) Simulations of nutrient emissions from a net cage aquaculture system in a Brazilian bay. Water, Sciences and Technologies 73-10, 2430-2435

 

Stauseen – Einzugsgebiets – Management

  • Rossiter, Karina W. L.;  Benachour, Mohand; Matta, Elena; Morais, Manuela M. Q. M; Calado, Silvana C. S. &  Gunkel, Günter. Diagnostic of water quality along a concrete canal for water transposition: a case study Sertão Alagoano Canal – Brazil. Revista Brasileira de Ciências Ambientais 36, 157-167 (ISSN  2176-9478)
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  • Correa, R. M., da Silva, J. A. A., dos Santos Freire, B. M. G., Gunkel, G. & Castro, M. R. C. (2015) Changes in Soil properties: The function of different cultivations in the irrigated perimeter of Ico-Mandantes in the semiarid of Pernambuco, Brazil. Revista Brasileira Ciencias Ambientais 36, 219- 229
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  • Selge, F., Hagel, H., Gunkel, G. & Doluschitz, R. (2015) Annual rainfall variability and economic dependency of smallholder agriculture in the semi-arid Northeast Brazil, Revista Brasileira Ciencias Ambientais 36, 145-156 Download >>
  • Araújo Filho, J. C., Gunkel, G., Sobral, M. C., Kaupenjohann, M. & Lopes, H.L. (2013) Soil attributes functionality and water eutrophication in the surrounding area of Itaparica Reservoir, Brazil. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental 17, 9, 1005-1013.
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Satellitenbildauswertung

  • Sobral M, Lopes H, Candeias AL, Melo G, Gunkel G (2017) Geotecnologias na gestão de reservatórios: uma revisão e uma proposta de integração. Eng. Sanit. Ambient 22, 5, 841-852. doi: 10.1590/s1413-41522017111054
  • Lopes H., Sobral M. C., Gunkel G., Candeias A. L., Melo G. (2015) Spatial behavior of chlorophyll-a in Itaparica reservoir, São Francisco River. Engenharia Sanitaria e Ambiental, 20 (3), 475-484. (ISSN 1423-4152)
  • Lopes, H., Sobral, M. C., Gunkel, G. & Candeias, A. (2015) Comportamento espacial da clorofila-a no reservatório de Itaparica, rio São Francisco. Revista Engenharia Sanitaria e Ambiental, 20, 475-484.
  • Lopes, H., Sobral, M. C., Gunkel, G., Candeias, A. & Melo, G. (2013) First approach to retrieve chlorophyll-a using remote sensing techniques. In: Gunkel, G., Aleixo da Silva, J. A. & Sobral, M. C. (2013) Sustainable Management of Water and Land in Semiarid Areas. Editora Universitária UFPE, Recife. ISBN 978-85-415-0259-7, 41-59.