Nährstoffquellen und -gradienten in den Küstengewässern von Jeddah, Saudi-Arabien

Im Rahmen des deutsch / saudi-arabischen Kooperationsvorhabens „Development of a Coastal Monitoring System for the Sustainable Environmental Planning of Jeddah Coastline, Saudi Arabia“ wurden die Stickstoff- und Phosphoreinträge aus dem Ballungsgebiet von Jeddah quantifiziert und die Ausbreitung der Nährstoffe im Küstenwasser untersucht. 

Nährstoffquellen und -gradienten in den Küstengewässern von Jeddah, Saudi-Arabien
Ein Großteil von Jeddahs Abwässern wird in austauscharme Lagunen und strandnahe Bereiche eingeleitet.

Projektlaufzeit: 2011-2013

Die oligotrophen Küstenökosysteme des Roten Meeres mit ihren Korallenriffen, Seegraswiesen und Mangrovengürteln sind gegenüber Nährstoffeinträgen besonders sensitiv. Da permanente Flusseinträge im Roten Meer fehlen, sind Abwassereinleitungen aus Siedlungsgebieten eine Hauptquelle anthropogener Nährstofffrachten in das Küstenwasser. Die Metropolregion Jeddah ist mit ca. 3,5 Mio. Einwohnern die bedeutendste Abwasserquelle im Roten Meer.
Bei einem täglichen Abwassereintrag von 502.000 m3 wurden Nährstofffrachten von etwa 6.600 kg Gesamtstickstoff und 2.200 kg Gesamtphosphor gemessen, die im Wesentlichen über drei Haupteinleiter (Al Khumra, Arbaeen Lagune, Al Shabab Lagune) verteilt sind.

Die Nährstoffkonzentrationen sind im unmittelbaren Bereich der Einleitungsstellen entsprechend hoch, sie sinken jedoch im Küstenwasser innerhalb weniger Seemeilen rasch auf die natürlichen Hintergrundwerte des zentralen Roten Meeres ab. Die städtischen Lagunen Arbaeen und Al Shabab sind aufgrund der Abwassereinleitungen hypertrophiert und stellen ein Hauptproblem im örtlichen Küstenmanagement dar. Intensive Phytoplanktonblüten und Sauerstoffübersättigung herrschen an der Wasseroberfläche, während die Sedimentation organischer Substanz zu massiver Schlammakkumulation und anoxischen Verhältnissen mit Bildung von Schwefelwasserstoff im bodennahen Wasserkörper führt.

Verteilung des Gesamtstickstoffs und des Gesamtphosphors [µM] in den Küstengewässern von Jeddah, April 2011
Verteilung des Gesamtstickstoffs und des Gesamtphosphors [µM] in den Küstengewässern von Jeddah, April 2011


Auf Basis der Messungen wurde ein numerisches Modell zur Simulation der Nährstoffausbreitung und der Phytoplanktonbiomasse für die Küstengewässer von Jeddah entwickelt. Das Modell basiert auf der Delft3D-Modellierungssoftware und beinhaltet die wesentlichen Transformationsprozesse für Stickstoff und Phosphor. Es wurden verschiedene Szenarien simuliert, die aufgrund einer verbesserten Abwasserbehandlung von einer zukünftigen Reduktion der Nährstoffeinträge um 80 % ausgehen, als auch eine Zunahme der Frachten um 50 % aufgrund des erwarteten Anstiegs der Einwohnerzahl bis 2019 bei unveränderter Abwasserbehandlung annehmen.

Simulation der Chlorophyll-a-Konzentrationen im Oberflächenwasser der Bucht von Jeddah als Folge eines 50%igen Anstiegs der Nährstofffrachten
Simulation der Chlorophyll-a-Konzentrationen im Oberflächenwasser der Bucht von Jeddah als Folge eines 50 %igen Anstiegs der Nährstofffrachten

Die Szenarienrechnungen ergaben, dass sich insbesondere eine Veränderung der Stickstoffeinträge auf die Algenbiomasse auswirkt. Eine 80%ige Reduktion der Stickstofffrachten führte zu einer 30 %igen Abnahme der Phytoplanktonkonzentrationen im unmittelbaren Küstenbereich, während ein Anstieg um 50 % eine Zunahme der Algenbiomasse um durchschnittlich 100 % verursachte. Neben einer verbesserten Stickstoffeliminierung bei der Abwasserbehandlung in Jeddah sollten auch alternative Optionen zur Verlegung der Einleiterstellen an strömungsbegünstigte Lokalitäten berücksichtigt werden.

Forschungsabteilung:

Koordination:

  • Dr. Karl-J. Hesse

Mitarbeiterinnen & Mitarbeiter:

  • M.Sc. David Santiago Peña García
  • Dr. Norbert Ladwig
  • TA Daniela Koch

Partner:

  • King Abdulaziz Universität, Jeddah, Saudi-Arabien
  • CORELAB - Gruppe Systeme der Fernerkundung

Förderung:

  • King Abdulaziz Universität, Jeddah, Saudi-Arabien