Der Zustand der Seen in der Schweiz - Bielersee

Der folgende Artikel stammt aus der Schriftenreihe Umwelt Nr. 237 «Der Zustand der Seen in der Schweiz». Autor: Paul Liechti, BUWAL, Abteilung Gewässerschutz und Fischerei, 1994.

Morphologie

Ursprünglich reichte der Rhonegletscher bis in das bernische Mittelland, zog sich aber nach der Würm- Eiszeit zurück. Der lokal kälteren Witterung wegen blieben jedoch grössere Teile des Gletschers am Jurasüdfuss als Toteismassen zurück und verhinderten das Auffüllen des Gletscherbeckens mit Flussschotter. So war die Grundlage für die Jurarandseen geschaffen.

Der wichtigste, natürliche Zufluss des Bielersees ist die aus dem Neuenburgersee kommende Zihl. Zwei weitere natürliche Zuflüsse sind der Twannbach und die Schüss, die bei Klein-Twann und bei Biel in den See münden.

Erste Juragewässerkorrektion

Das Land zwischen den Jurarandseen, das Grosse Moos und das Seeland zwischen Aarberg und Solothurn wurde während Jahrhunderten immer wieder von meterhohen Hochwassern heimgesucht. Der in Meienried aufgewachsene Arzt J. R. Schneider, der die Auswirkungen der Überschwemmungen miterlebte, gründete 1832 ein Komitee, das sich zur Aufgabe machte, die Gewässerkorrekturen im Seeland voranzutreiben. Dessen umfangreichen Aufklärungsarbeiten führten zum Entschluss des Grossen Rates von Bern, eine Gesamtkorrektur durchzuführen. Der für seine Arbeiten an Alpenstrassen und für die Rheinkorrektur bei Domleschg berühmte Ingenieur R. La Nicca, Mitglied der Linthkommission, schlug 1842 folgendes Vorgehen vor:

1. Umleitung der Aare von Aarberg in den Bielersee (Hagneckkanal).
2. Leitung der vereinigten Aare- und Zihlgewässer vom Bielersee bis Solothurn in den Nidau-Bürenkanal.
3. Korrektion der oberen Zihl und der Broye (Broye- und Zihlkanal).
4. Entsumpfung des Grossen Mooses und der angrenzenden Gebiete.

Auf Initiative von J. R. Schneider wurde im Artikel 21 der Bundesverfassung festgelegt, dass Grossprojekte, die sich über mehrere Kantone erstrecken, durch den Bund unterstützt werden. 1867 beschlossen die betroffenen Kantone (BE, SO, FR, NE, VD) die Bauausführung.

Durch die Umleitung der Aare (ab 1878) vervierfachte sich das Einzugsgebiet des Bielersees und der mittlere Seezufluss erhöhte sich von 55 auf 240 Kubikmeter pro Sekunde, was die theoretische Aufenthaltszeit des Seewassers von 253 Tagen auf 58 Tage verkürzte. Durch den Bau des Nidau-Büren-Kanals senkte sich der Seespiegel um 2,5 m; zwischen Erlach und der St. Petersinsel kam die Landzunge des Heidenweges zum Vorschein. Diese teilt den See in zwei kleinere Becken (Neuenstädter- und Lüscherzerbecken), sowie in das grössere Hauptbecken. Da die Seeniveaus in der Folge stärker als vorgesehen absanken, musste der Bielerseeabfluss durch ein Wehr bei Nidau geregelt werden, das von '1885 bis 1887 als halbmobile Konstruktion gebaut wurde. Vor allem während des 1. Weltkrieges wurde von den unten liegenden Betreibern der in der Zwischenzeit errichteten Flusskraftwerke verlangt, dass die Seen gegen den Herbst zu aufgestaut würden, damit im Winter genügend Wasser für die Stromproduktion vorhanden sei. Bereits damals gab es Interessenkonflikte bezüglich der Abflussreglemente. Das alte Wehr hielt aber dem erhöhten Wasserdruck im Herbst 1923 nicht mehr stand und brach. Eine Neukonstruktion wurde beim Dorf Port unterhalb des Zusammenflusses mit der alten Thielle errichtet.

Zweite Juragewässerkorrektion

Die erste Juragewässerkorrektion hat das Seeland aus einer sumpfigen und von steten Überschwemmungen bedrohten Gegend zu gutem Bauernland gemacht. Ehemaliges Sumpfland, das durch Drainage trockengelegt wird und somit nicht mehr periodisch überflutet werden kann, oxidiert aber und verschwindet. Bis 1950 senkte sich das Kulturland um 1 bis 1,5 m. Durch die Hochwasser der Jahre 1944, 1949, 1952 und 1955 wurden deshalb grosse Gebiete erneut überschwemmt. Unter der Leitung von Prof. R. Müller wurde ein Projekt erarbeitet, das eine weitere Absenkung der Hochwasserpegel in den Seen durch Vergrösserung des Abflussvermögens vorsah. Insbesondere sollten der Nidau-Bü-ren-Kanal, das Bett der Aare unterhalb Solothurn sowie Broye- und Zihlkanal vertieft und teilweise auch verbreitert werden. Ein Stau bei Flumenthal sollte mithelfen, das Abflussregime der Aare in Griff zu bekommen. Mit einem neuen Abflussreglement sollten aber auch die Tiefstwasserstände in den Seen um 50 cm und in der Aare bei Solothurn um 1 m angehoben werden können.

Die entsprechenden Arbeiten wurden zwischen 1960 und 1972 durchgeführt. Die Unterschiede in den Wasserständen der Seen wurden dadurch verringert. Das neue System verhält sich hydraulisch wie ein einziger See; durch die Regelung des Bielerseeabflusses mittels des Wehrs bei Nidau-Port, werden auch die Niveaus von Murten- und Neuenburgersee direkt beeinflusst. Broye- und Zihlkanal können bei hohem Wasserstand in der Aare deshalb zeitweise auch rückwärts fliessen. Durch das neue Reglement wird das Abflyssregime der Aare von Interlaken bis Biel vorgeschrieben und zentral in Bern überwacht und gesteuert. Im Projekt der 2. Juragewässserkorrektion wurde eine weitere Absenkung der Seen durch Anpassung dieses Reglementes zugestanden. In der Folge kam es zu Konflikten zwischen den Bauern, die im Sommer trockenere Böden wünschen, und den Natur-Schützern und Fischern, die'eine möglichst naturnahe Niveauregelung in engen Grenzen anstreben, damit einerseits die Schilfgürtel nicht trocken fallen und verlanden, der Laich der im Uferbereich laichenden Fische nicht vertrocknet und damit andererseits die Nester der im Schilf brütenden Vögel nicht überschwemmt werden. Falls die Böden zu trocken bleiben, werden sie weiterhin oxidiert und der heute noch sehr fruchtbare Boden in ehemaligen Moorgebieten wird schlussendlich ganz verschwinden.

Der Bielersee in Zahlen

Die Entwicklung des Seezustandes und der Sauerstoffverhältnisse

Die geringe Tiefe und die Windexposition begünstigen im Spätherbst die Umwälzung des Sees. Die Wassermassen zirkulieren von Ende November bis in den März und sättigen sich dabei mit Sauerstoff. Auch an der tiefsten Stelle finden sich im Frühling regelmässig Gehalte von mehr als 11 mg O2/l.

Über die Belastung des Bielersees mit Nährstoffen vor der ersten Juragewässerkorrektion ist uns nichts bekannt. Nach einer Dissertation von J. Schneider aus dem Jahre 1904 soll der See von tiefblauer Farbe gewesen sein und die oberste Sedimentschicht soll wie "blauer Lehm" ausgesehen haben. In einer Arbeit von Louis wurden 1920/21 Sichttiefen von 4-6 Metern beschrieben, was ebenfalls auf eine schwache Belastung hinweist.

1930 mass Minder erstmals Nährstoff- und Sauerstoffkonzentrationen. Am Ende der Stagnationsperiode Ende Sommer betrug der Nitratgehalt 0,4 mg/l, der Sauerstoffgehalt über Grund 6.85 mg O2/l. Schlammproben zeigten keine Anzeichen von Fäulnis oder Sauerstoffmangel. Das Wasser wurde als planktonarm beurteilt. Im Winter 1951 wurden im Oberflächenwasser Gehalte an Orthophosphat von 23 µg P/l, an Gesamtphosphor von 33 µg P/l und an Nitrat von 1.1 mg N/l gemessen (Thomas, 1953).

Der Seezustand verschlechterte sich weiter; so registrierte Nydegger 1957 an der tiefsten Stelle nur noch 3 mg/l Sauerstoff.

Bei Friedli fehlte 1972 am Ende der Stagnationsperiode der Sauerstoff in den untersten Wasserschichten völlig. Während der Zirkulation fand er 110 µg P/l Orthophosphat und 1.2 mg N/l Nitratstickstoff. Die Jahresprimärproduktion wurde auf 300-400 Gramm Kohlenstoff pro Quadratmeter Seeoberfläche und Jahr [g C·m^-2·Jahr^-1] geschätzt.

Ab 1971 befasste sich das Zoologische Institut und das Anorganisch-Chemische Institut der Universität Bern im Rahmen eines gemeinsamen Nationalfondsprojektes mit dem See, seiner Nährstoffbilanz und seiner Bioproduktion. Dem Bielersee wurden 1975 1'017 Tonnen Gesamtphosphor und rund 6'000 Tonnen Stickstoff in Form von Nitrat zugeführt.

Abbildung 1: Jahreszeitlicher Verlauf der Sauerstoffgehalte im Bielersee 1988, an der tiefsten Stelle, 1m über dem Sediment.

Die Orthophosphatfracht wird mit 590 t P/Jahr angegeben (Santschi 1975, Santschi und Schindler 1977). Das Maximum der Primärproduktion wurde 1975-1977 mit mehr als 460 g C*m^-2*Jahr erreicht (Bangerter 1988). Für die Jahre 1973-1978 beziffert Schweingruber die Gesamtphosphorfracht auf 873 t P/Jahr und die Ortho-Phosphatfrächt auf 501 t P/Jahr. Davon bringt die Aare 86.9%, die Zihl 8.3% und die Schüss 3.2%. Mit Hilfe eines dynamischen, mathematischen Nährstoffmodelles wurde die maximal zulässige Belastung an Orthophosphat berechnet. Danach seien zufriedenstellende Sauerstoffverhältnisse, wie sie als Qualitätsziel in der Verordnung über Abwassereinleitungen von 1975 festgehalten sind (mindestens 4 mg O2/l in jeder Tiefe), erst zu erwarten, wenn die Orthophosphatfracht unter 100 t P/Jahr sinkt.

Abbildung 2: Tiefenprofile des Sauerstoffs im Bielersee 1988.

Dieses Ziel wurde nach dem Phosphatverbot in Textilwaschmitteln, das auf 1. Juli 1986 wirksam wurde, erreicht, denn bereits 1987/1988 sank die Phosphatbelastung auf 90 t P/Jahr (Maurer 1992). Die Sauerstoffzehrung als Indikator der Bioproduktion nahm zwar ebenfalls ab, aber weniger deutlich (Bangerter 1988); der Sauerstoffmangel im Tiefenwasser blieb weitgehend bestehen: Die Sauerstoffkonzentrationen in 70 m Tiefe lagen auch 1988 während 3 Monaten unter 4 mg O2/l und erreichten Ende September sogar Werte von weniger als 1 mg 02/l. Die Bioproduktion folgt der Abnahme der Nährstoffgehalte mit einer grösseren Verzögerung.

Abbildung 3: Sauerstoffzehrung im Bielersee. Der Verbrauch an Sauerstoff durch die Mineralisation (als Mittelwert der Sauerstoffzehrung während der Stagnationsphase) ist ein Indikator für die Menge der im See produzierten Algen (Bioproduktion)

Dies hat folgende Gründe:

• In einem überdüngten See wird das Algenwachstum vor allem durch das Licht begrenzt. Bei hohen Nährstoffkonzentrationen entstehen in den obersten Wasserschichten so dichte Algenpopulationen, dass für eine Photosynthese in den tieferen Schichten wegen der Beschattung das Licht fehlt. Wird nun die Nährstoffkonzentration reduziert, so dringt das Licht tiefer ein. Damit können nun die in einem grösseren Volumen vorhandenen Nährstoffe von den Algen ausgenutzt werden.
• Die unterschiedlichen Nährstoffbedürfnisse der diversen Algenarten wirken ebenfalls stabilisierend auf die Biomasseproduktion: Nimmt die Nährstoff konzentration innerhalb gewisser Grenzen ab, verschiebt sich die Zusammensetzung der Algenpopulation auf genügsamere Arten. Die Bioproduktion bleibt fast auf demselben Niveau.
• Einzelne Algenarten können Phosphor weit über den Eigenbedarf hinaus speichern. Der gespeicherte Phosphor wird bei der Zellteilung weitergegeben und deckt so den Bedarf weiterer Generationen.
• Für die Produktionsrate ist nicht primär ein hoher Nährstoffgehalt, sondern der Nachschub, d.h. die ständige Verfügbarkeit von Nährstoffen wichtig. Werden genügend Nährstoffe nachgeliefert, so kann auch bei aktuell kleiner Konzentration die Bioproduktion gross sein. Da sich die Aare im Sommer fast an der Oberfläche einschichtet, wird das warme Wasser des Epilimnions sehr rasch ausgetauscht, von Orelli (1976) und Nyffeler (1980) geben für die mittlere Aufenthaltszeit des Wassers in der obersten Schicht (Epilimnion) denn auch nur 14-18 Tage an, je nach Wasserführung der Aare. Die Nährstoffe werden somit rasch durch das einströmende Aarewasser nachgeliefert.

Die Bioproduktion hat zwar zwischen 1980 und 1988 von 450 auf 280 Gramm Crrv2Jahr1 abgenommen, sie ist aber damit noch immer doppelt so gross wie diejenige schwach belasteter Seen (Borner 1986, Berner 1984, Jakob 1988, Bangerter 1988, Maurer 1992). Nach Nef (1992) soll die Biomasse wegen der wärmeren Witterung in den Jahren 1990 und 1991 wieder zugenommen haben.

Sanierungsmassnahmen im Einzugsgebiet

Nach dem Anstieg in den fünfziger und sechziger Jahren sind die Phosphorfrachten aus dem Einzugsgebiet wegen der einsetzenden Abwassersanierung ab 1972, insbesondere als Folge der Phosphorelimination in den grössem ARA's (namentlich in Bern, Thun und Worblaufen) und des Phosphatverbotes in Textilwaschmitteln gemäss Maurer (1992) von ehemals über 1000 Tonnen Gesamtphosphor pro Jahr bis 1988 auf etwa 300 Tonnen zurückgegangen.

Seit 1988 sind auch die Phosphorgehalte in Murtensee und Neuenburgersee stark gesunken. Somit ist die zulässige Belastung des Bielersees (etwa 200 Tonnen Phosphor pro Jahr) beinahe erreicht. Am 1.1.1989 waren im Einzugsgebiet des Bielersees 84% der ständigen Einwohner an die Abwasserreinigung angeschlossen, 1.3% an Anlagen ohne Phosphorelimination. 7% der Bevölkerung leben in ländlichen Gebieten die von der Kanalisation nicht erschlossen sind.

Zahlen zur Fischerei

Die Entwicklung des Seezustandes schlug sich auch in den fischereilichen Erträgen nieder. Bis 1952 fanden sich geringe Fänge, vor allem an Felchen, mit Erträgen von 5-10 kg/ha. In der Mitte der fünfziger Jahre stiegen die Fänge dank den neuen Monofilnetzen aus synthetischem Material an. Dieser Anstieg setzte sich bis etwa 1975 fort. Gleichzeitig gerieten an Stelle der Felchen mehr Barsche und auch immer mehr Weissfische in die Netze. Der Tiefststand wurde 1985 erreicht, als der Feichenanteil nur noch bei 47% lag. Seither verbesserte sich der Zustand wieder, 1990 Betrug der Fanganteil der Felchen wieder 70%.

Der Einfluss der Stauseen im Einzugsgebiet

Sedimentuntersuchungen von Müller (1982) zeigen, dass der jährliche Zuwachs der Seesedimente drastisch von 246f000 Tonnen im Jahre 1920 auf 150f000 Tonnen nach 1964 zurückgegangen ist. Deshalb blieb auch der Seerückhalt an organischem Kohlenstoff trotz zunehmender Primärproduktion zwischen 1878 und 1978 ungefähr gleich. Die im Einzugsgebiet gebauten Stauseen (Wohlensee 1920, Greyerzersee 1948, Schiffenensee 1964) halten eine enorme Menge an anorganischen Schwebstoffen zurück und beeinflussen damit die Wasserqualität des Bielersees negativ:

Wegen der geringeren Überdeckung mit anorganischen Feststoffen wird mehr organisches Material an der Sedimentoberfläche oxidiert, was eine grössere Sauerstoffzehrung verursacht. Gleichzeitig wird die Rücklösung der Phosphate aus dem Sediment bei Sauerstoffmangel begünstigt.

Fazit

Nach einer raschen Zunahme der Nährstoffbelastung zwischen 1950 und 1970 zeigte der Ausbau der Gewässerschutzmassnahmen ab 1972 und das Phosphatverbot für Textilwaschmittel 1986 deutliche Resultate. Während Anfang der siebziger Jahre die Phosphorgehalte noch über 140/ygP/l lagen, werden heute weniger als 25 jjq P/l gemessen. Die zulässige Nährstoffbelastung ist wahrscheinlich noch immer überschritten, denn die Sauerstoffgehalte in der Tiefe sind Ende Sommer noch immer ungenügend. Die Belastungen aus Murten- und Neuenburgersee gingen in den letzten 10 Jahren stark zurück. Wegen der kurzen Aufenthaltszeit des Wassers im Sommer sind die Nährstoffgehalte in der Aare für den See bestimmend. Vor allem der Phosphornachschub aus dem Einzugsgebiet der Saane, der beispielsweise 1989 für mehr als 60% der Phosphorfracht in der Aare verantwortlich war, fördert die weiterhin grosse Bioproduktion.

Literatur

• Louis, P., 1922: Der Einfluss der Aare in den Bielersee. Mitt. Naturforsch. Ges. Bern, 3.
• Minder, L, 1936: Untersuchungen am Bielersee. Vierteljahresschrift Naturforsch. Ges. Zürich, 81, 107-176.
• Thomas, E.A., 1953: Zur Bekämpfung der See-Eutrophierung: Empirische und experimentelle Untersuchungen zur Kenntnis der Minimumstoffe in 46 Seen der Schweiz und angrenzender Gebiete. Monatsbull. Schweiz. Verein Gas- und Wasserfachmänner, 33/2, 25 - 32 und.33/3, 71 - 79.
• Nydegger, P., 1957: Vergleichende limnologische Untersuchungen an sieben Schweizerseen. Beiträge zur Geologie der Schweiz-Hydrologie Nr. 9, Kümmerli und Frei, Bern.
• Müller, R., 1959: Die II. Juragewässerkorrektion. Biet.
• Friedli, P., 1973: Limnologische Untersuchungen des Bielersees. Lizentiatsarbeit Univ. Bern.
• Santschi, P., 1975: Chemische Prozesse im Bielersee. Diss. Univ. Bern.
• Santschi, P. und P.W. Schindler, 1977: Chemical and geochemical Studies of Lake Biet: A Mass Balance for Lake Biel and its Implications for the Rates of Erosion of the drainage Area. Schweiz. Z. Hydrol. 39/2, 182 - 200.
• Schweingruber, M.R., 1980: Der Bielersee 1973-1978: Ein Beitrag zum Problem der Modellierung chemischer Prozesse in natürlichen Gewässern. Diss. Univ. Bern.
• Nyffeler, U.P., 1980: Mischungsprozesse im Bielersee. Diss. Univ. Bern.
• Tschumi, P.-A., B. Bangerter und D. Zbären, 1982: Zehn Jahre limnologische Forschung am Bielersee (1972-1981). Vierteljahresschrift der Naturforschenden Gesellschaft in Zürich, 127/4, 337-355.
• Müller, K., 1982: Die Bielerseesedimente 1878 - 1978. Diss. Univ. Bern.
• Berner, P., 1984: Variabilität der Primärpro-duktionsrate von Tag zu Tag zu verschiedenen Jahreszeiten im Bielersee. Diss. Univ. Bern.
• Borner, R., 1986: Eine automatische Messstation zur kontinuierlichen Messung der limnischen Primärproduktion in einem Polyäthylen-Expositionsschlauch. Diss. Univ. Bern.
• Gerster, S. und J. Guthruf, 1987: Die Biologie der Trüsche im Bielersee. Liz. Univ. Bern.
• Jakob, A., 1988: Vergleich zweier Methoden zur Messung der Primärproduktion in Seen und deren Auswirkungen auf die Grosse des Photosynthesequotienten. Diss. Univ. Bern.
• Zschaler, H. und U. Ochsenbein: Messdaten des Gewässerschutzlaboratoriums des Kantons Bern 1979-1992.
• Tschumi, P.-A. etal.: Messdaten des Zoologischen Institutes der Universität Bern 1972-1988.
• Bangerter, B., 1988: Primärproduktion im Bielersee: Ansatz zur Extrapolation von Kurzzeitmessungen. Diss. Univ. Bern.
• Nef, W., 1990/1992: Das Phytoplankton der grossen Berner Seen (Brienzersee/Thunersee/ Bielersee). Gewässer- und Bodenschutzlabor des Kantons Bern.
• Maurer, V., 1992: Die Produktionsbiologie von Bieler- und Neuenburgersee 1987 - 1988. Diss. Univ. Bern.
• Python, J., 1992: La deüxiöme correction des eaux du Jura, 20 ans aprös sa räalisation. eau, Energie, air 84, 226-229.
• Ochsenbein, U., 1993: Langzeitentwicklung der Wasserqualität im Bielersee, Untersuchungsergebnisse 1959-1991. Amt für Gewässerschutz und Abfallwirtschaft des Kantons Bern, Gewässer- und Bodenschutzlabor.
• Tschumi, P.-A.: Ökologie des Bielersees. In Vorbereitung.

Zurück