Beiträge zur Limnologie des Walen-, Zürich-Ober-und Zürichsees

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Beitr tge zur Limnologie des Walen-, Ziirich-Ober- und Ztirichsees

A. Walensee

I. Chemische und physikalische Untersuchungsergebnisse

Von ULRICH ZIMMERMANN und PETER SUTER-WEIDER

Wasserversorgung Ztirich, Studienabteilung

Manuskript eingegangen am 21.Juli 1976

ABSTRACT

Chemical and physical conditions o f the Walensee are discussed on the basis o f values analyzed during an investigation period in the years 1972-1975..Thereby values o f selected parameters have been compared with data o f other Swiss lakes to estimate the trophic condition o f the lake.

INHALTSVERZEICHNIS

1. Einleitung und Problemstellung, Verdankungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 2. Methodik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 2.1 Physikalische and chemische Bes t immungsmethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 2.2 ProbenahmesteUen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 3. Lage und Orographie des Sees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4. Resultate und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.1 Tempera tur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4 . 2 0 p t i s c h e Untersuchungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 4.3 Sauerstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.4 Phosphor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.5 Phosphorbilanz des Walensees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 4.6 Stickstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 4.7 Alkalinit~tt, CO 2 und pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5. Zusammenfassung und Folgerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

R~sum~ et conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Summary and conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

6, Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

1. Einleitung und Problemstellung

Der Walensee [st bis in die jtingste Zeit hinein nur sporadisch untersucht worden. Oft wurde er als Vergleichssee bei Beschreibungen anderer Seen herbeige-

72 U. Zimmermann und P. Suter-Weider Hydrologie

zogen [I, 7, 19, 21, 29, 30, 31, 38]. Wenige monographische Arbeiten tiber dieses Gew~isser wurden verOffentlieht, so duTch HUBER-P~STALOZZI [14], SCUW~IZER [24], FLORIN [8], LAMBERT und KELTS [18].

Der Walensee gait bis anhin als typisches Beispiel for ein oligotrophes Gewasser [29, 30, 14, 31], doch sind an ibm in jtingster Zeit zivilisatorische Einfltisse nicht spurlos vorbeigegangen. Die offenbar gewordenen Eutrophierungserscheinungen gaben Anlass zu regelm~issigen Untersuchungen. So wurde der See yon 1967 bis 1976 vom Kanton St.Gallen und der EAWAG gemeinsam untersucht. Seit 1972 untersucht die Wasserversorgung Ztirieh den Walensee innerhalb eines Untersu- chungsprogramms der ~Arbeitsgemeinschaft Wasserwerke Bodensee-Rhein~ (AWBR), welche das Gew~ssersystem Walensee-Ztirich-Obersee-Ztirichsee um- fasst.

Die Ziele der vorliegenden Arbeit k6nnen folgendermassen umrissen werden: - Das Datenmaterial der chemischen und physikalischen Analysen der Untersu-

chungsperiode 1972-1975 soil dazu dienen, Auswirkungen von geplanten oder rich in Ausfohrung befindenden Abwassersanierungsmassnahmen auf den See abschatzen zu k6nnen.

- Beschreibung der heutigen Nahrstoffsituation als Grundlage for produktionsbio- logische Studien.

- Absehatzung des Trophiegrades des Sees aufgrund seines Chemismus, und Vergleich desselben mit anderen Schweizer Seen.

- Mit Hilfe von frtiheren Untersuchungsresultaten soil versucht werden, gewisse Entwicklungsrichtungen aufzuzeigen.

Herin Direktor M. Schalekamp und Herrn K. Dietlicher danken wiT ffOr die F6r- derung und Untersttitzung der Seeuntersuchungen der Studienabteilung der Wasserversorgung Ztirich. Dank gebtihrt allen Mitarbeitern der Chemischen Ab- teilung far die Durchfohrung der vielen Analysen; Y. Vogel und B. Wartmann for die sorgPaltige Ausftihrung der Diagramme. W. Balli, Fischereiaufseher, Weesen, und A. Walser, Quinten, m6chten wiT fOr ihre unermtidliche Mithilfe bei den Pro- benahmen danken. Ftir die Bentitzung des Motorbootes shad wi rder ~Fischerei- kommission Ztirichsee und Walensee)~ zu Dank verpflichtet.

2 . M e t h o d i k

2.1. Physikalische und chemische Bestimmungsmethoden

Probenahme: AUe Proben wurden mit einem 6 Liter fassenden Wassersch6pfer, System Friedinger, vom verankerten Boot aus genommen.

Temperatur: Messung in situ mit einem elektrischen Fernthermometer der Firma Ztillig, Rheineck.

Sichttiefe: Nach Secchi, mit einer weissen Scheibe, Durchmesser 30 cm. Spektralopdsche Untersuchungen: Die verdkale Transmission wurde mit Hilfe einer

SperrschichtphotozeUe der Firma Schenk, Wien, mit vorgeschalteten Spektralfil- tern nach den Empfehlungen von SAUB~R~R [23] gemessen. Filter: RG2, VG 9, BG 12 (Schott, Mainz), mit den optischen Schwerpunkten bei 675 rim, 533 nm, 423 nm.

38/2, 1976 Limnologie des Walensees

Tabelle 1. Morphometrische Daten des Walensees. Table 1. Morphological data of the Walensee.

73

Mittlerer Pegel 419 m.O.M. Oberfl~tche 24,23 km 2 U ferl~tnge 34 km Uferentwicklung 1,4 m -: Volumen 2,44 km 3 Mittlere Tiefe 101 m Einzugsgebiet 1061 km 2 Umgebungsfaktor (Einzugsgebiet/Seeflliche) 44 Mittlere Abflussmenge 1935-1973 56,1 m s/s Theoretisehe Emeuerungszeit 1,4 J ahre

Tabelle 2. Walensee, Aufteilung des Seekfrpers. Table 2. Walensee, Sectioning of water masses.

Isobathenfl~tchen (kin 2) Volumen (107 X m 3) Volumenanteil (%)

0 m 24,23 0- 20 m 46.53 19,0 20 m 22,30 20- 40 m 42,64 17,5 40 m 20,34 40- 60 m 39,50 16,2 60 m 19,16 60- 80 m 33,55 13,7 80m 17.39 80--lOOm 32,63 13,4 lOOm 15,24 100-120m 27,29 11,2 120 m 12.05 120-140 m 18.72 7,6 140m 6,67 140-150 m 3,41 1.4 150 m O, 15

Sauerstoff: Titrimetrische Bestimmung nach WINKLER [35]. pH-Wert: Messgerat Typ 26 der Firma Radiometer, Kopenhagen. Kohlensiiure: Potentiometdsche Titration nach ZEHENDER et al. [36]. Alkalinit~tt: Titrimetrisch mit HC 1 auf Methylorange-Umschlag. Orthophosphat: Ammoniummolybdat-Zinnchlor idmethode nach OHLE [20], modifi-

ziert nach AMBOHL und ScI-rMID [2]. Gesamtphosphor: Aufschluss mit der Perchlorsiiure-Methode nach Standard Me-

thods [26], modifiziert nach VALENTA und BRUNNER [33]. Die nachfolgende Messung erfolgte nach der Orthophosphatmethode.

Nitrat: Messung direkt in der filtrierten Probe nach BASTIAN [3], modifiziert nach VALENTA [32].

Nitrit: Bestimmung mit Sulfanilamid und N-(1-Naphthyl)-ii thylendiamin nach STRICKLAND und PARSONS [27].

2.2 Probenahmestellen

Die Proben wurden in den Jahren 1972 und 1973 monatlich, in den darauffolgenden Jahren jede vierte Woche erhoben. Die Probenahmestelle im Walensee liegt vor der Halbinsel Betlis mit den Koordinaten 47*07'51" N. 9*08'45" E. Der See ist an dieser Stelle 120 m tief. Die Probenahmestelle Linthm(indung liegt etwa 100 m flussaufwiirts (Abb. 1).


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Abb. I. Walensee mit Probenahmestellen. Fig. 1. Walensee with sampling sites.

3. Lage und Orographie des Sees

Der am Alpenrand gelegene See vedauft in seiner Hauptachse ziemlich genau in der West-Ost-Richtung. Der wenig gegliederte See liegt eingebettet zwischen zwei Gebirgsgruppen, die sich im Norden und Siiden bis t~ber 2300 mti. M. erheben und bis auf ein kleineres Uferstiick im St~dosten steil abfallend das Ufer erreichen.

Das Volumen der trophogenen Schicht, die mit 15 m M~chtigkeit angenommen wird, betr~gt 0,35 km 3, was etwa dem siebten Teil des gesamten Seevolumens entspricht. Aufgrund dieses Wertes kann der Walensee als ein potentiell oligotrophes Gew~sser eingestuft werden (28).

4. Resultate und Diskussion der Seeuntersuchungen

4.1 Temperatur Der Walensee ist seit den Untersuchungen der Physikalischen Gesellschaft

Zt~rich der Jahre 1904-1912 als ein sogenannt tropischer See im Sinne der yon FOReL [9] aufgestellten thermischen Charaktere bekannt. Die Isothermen der Untersuchungsjahre 1972-1974, wie sic in der Abb. 2 dargestellt sind, kOnnen diese Eigenschaft best~tigen. W~Lhrend der ganzen Untersuchungsperiode wurden hie niedrigere Temperaturen gemessen als 4,7 ~ Die Jahresmittelwerte am Grund schwankten zwischen 5,0 ~ und 5,2 ~ Diesem relativ warmen hypolimnischen Wasser steht ein relativ ktihles Epilimnion gegenQber, das zu den Zeiten der Probenahmen nie 20 ~ erreichte. Der Verlauf der Isothermen zeigt, dass man in

3 8 / 2 , 1 9 7 6 L i m n o l o g i e des W a l e n s e e s 75

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76 U. Zimmermann und P. Suter-Weider Hydroiogie

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38/2, 1976 Limnologie des Walensees 77

diesem See nicht scharf zwischen einem Epi- und einem Metalimnion unterscheiden kann. Deutliche Erwarmungen des Sees w~ihrend der Sommerstagnation konnten bis in Tiefen yon etwa 50 m beobachtet werden.

4.20ptische Untersuchungen

Das Ausmass der spektralen Transmission und der Sichttiefe h~ingt in unseren Gew~issem weitgehend yon der Planktonkonzentration, der qualitativen Zusam- mensetzung des Planktons und yon der Menge mineralischer TrQbstoffe ab. Beide Parameter k6rmen verwendet werden, um wahrend der Vegetationsperiode die Prim~trproduktion abzusch~itzen, vorausgesetzt dass die mineralischen Tri~bstoffe nut einen kleinen Anteit der Gesamttriibstoffmenge ausmachen.

In Abb. 3 ist der Verlauf der Eindringtiefen der drei haupts~ichlichsten Spektral- bereiche und der Sichttiefe in den Jahren 1972-1975 dargestellt. Sowohl bei den Sichttiefen als auch beim grfinen Licht, das immer die tiefst eindringende Lichtkom- ponente war, fallen die recht grossen Schwankungen im Verlauf eines Jahres auf. Die exirem kleinen Werte kamen durch grosse Trtibstoffmengen zustande, die im Frtihjahr mit dem Schmelzwasser in den See gelangen.

Interessant ist der in Abb.4 zusammengestellte Vergleich zwischen den in den Jahren 1905-1912 von der Physikalischen Gesellschaft Ziirich gemessenen Sichttie- fen [19] und unseren Werten der Jahre 1972-1975. Es kann angenommen werden, dass die Phytoplanktonproduktion in jQngster Zeit als Folge der vergrOsserten

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16

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J , F , M A , M , J , J , A S O , N , D

Abb. 4. Walensee, Sichttiefenvergleich zwischen den Jahren 1905-1912 [19] und 1972-1975. Fig. 4. Walensee, comparison of the Secchi disk depth between the years 1905-1912 [19] and 1972-1975.

I C! l - - 0 - - 1905-1912

�9 1972 - 1975

78 u. Zimmermarm und P. Sut�9 Hydrologic

Nahrstoffbelastung zugenommen hat, was sich gegent~ber frfiheren Jahren in kleineren Sichttiefen hatte manifestieren milssen. Abgesehen yon gedng verminder- ten Sichttiefen wahrend der Stagnationsperiode liegen die Werte beider mehr als 60 Jahre auseinanderliegenden Untersuehungspedoden jedoch nahe beieinander. Der Grund d a ~ r muss in den nieht nur wahrend der eigentlichen Schmelzwasserpe- riode vorhandenen mineralischen T~bstoffmengen zu suchen sein, welche die organischen Trfibstoffe (Algen) Utberlagem. Es ist daher kaum m6glich, die Sichttie- fen oder spektralen Transparenzen an der untersuchten Stelle im Walensee in Relation zum ~standing crop)~ zu setzen.

4.3 Sauerstoff Die Sauerstoffverhaltnisse im Walensee sind im allgemeinen durch recht hohe

Konzentrationen zu allen Jahreszeiten und im ganzen Wasserk0rper gekennzeich- net. Wie aus Abb.5 ersichtlich ist, gab es in der Untersuchungsperiode jedoch Anzeichen einer Eutrophierung, die sich in ~2bersattigungen im Epilimnion w~thrend der Vegetationszeit, in Ans~tzen zu Sauerstoffminima in der Grenzzone Epi- Hypolimnion und im Sauerstoffschwund im unteren Hypolimnion in der zweiten Jahresh~lfte manifestierten. Das Ausmass und die M~ehtigkeit der sauerstotVtlber- sattigten Wassersehicht sind in Tab.3 dargestellt. Die maximalen S~ittigungswerte an den einzelnen Probenahmedaten lagen im Mittel wohl etwas tiefer als beispielsweise im eutrophen Z~trichsee, dessen maximale Tiefe 136 m betr~gt, doch konnten ahnlich hohe Extremwerte beobaehtet werden. Ein wesentlicher Unterschied zwischen den beiden Seen besteht in der M~tchtigkeit der sauerstofft~bers~tttigten Wasserschichten. Im Walensee waren sie mit bis zu 40 m weit gr0sser als im Ztirich- see, in dem unterhalb 10 m rile Obers/ittigungen beobachtet werden konnten. Die Ursache daf't~r muss in der wenig ausgepr~gten thermischen Stratifikation im Walensee und dem dabei m6glichen Wasseraustausch mit dem Epilimnion zu suchen sein, wogegen im Zt~richsee im allgemeinen ein ausgepragtes Metalimnion zu beobachten war, wodurch Austauschprozesse weitgehend unterblieben [37]. Die Abwesenheit eines eigentlichen Metalimnions und der damit verbundenen Folgeer- scheinungen kann denn auch als Ursache der sehr schwach ausgepr~gten Sauerstoff- minima irn Grenzbereich Epilimnion-Hypolimnion angesehen werden.

Die Sauerstoffzehrung in der tropholytischen Zone kann als Ausdruck der zur Hauptsache aus der Primarproduktion entstandenen mineralisierbaren Substanz in einem See betraehtet werden. Die Sauerstoffzehrung, berechnet aus der Differenz zwischen dem maximalen hypolimnischen Sauerstoffgehalt im FrOhjahr und dem Minimum im Herbst, wurde t~r die Berichtsjahre in der Tab.4 zusammengestellt. Zum Vergleich wurden auch f'tir andere Seen berechnete Werte aufgef'tlhrt.

Die effektive Sauerstoffzehrung di~rfte in Wirklichkeit jedoch gr6sser sein, da auch w~ihrend der Zehrungszeit nicht erfassbare Mengen Sauerstoff aus der trophogenen Schicht ins Hypolimnion gelangen k~nnen.

Aus Tab.4 kann entnommen werden, dass die Sauerstoffzehrungsraten des Walensees gr6ssenmassig mit der Horwer Bucht des Vierwaldst~tttersees verglichen, und beide Seen bzw. Seeteile am unteren Ende einer Sauerstoffzehrungsskala eingereiht werden kOnnen.

38/2,1976 Limnologie des Walensecs 79

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Tabelle 3. Maximale Sauerstoff~ttigungswerte und raumliche Ausdehnung der Obersattigten Wassermassen im Walen- und Z~richsee. Table 3. Maximum oxygen saturation values and spacial distribution of supersaturation in Walensee and ZQdchsee.

See Tiefenbereich max. Maximale Maximale Ausdehnung Jahr O2-Sattigungen O2-Sattigung der 0bersattigten

(m) (%) Wassermassen (m)

Walensee 1972 0- 5,0 135 0-30 1973 0- 7,5 148 0-30 1974 0- 1,0 186 0-20 1975 0-10,0 140 0-40

Zildchsee 1972 0-10,0 147 0-10 1973 0- 2,5 184 0- 7,5 1974 O- 7,5 196 0-10 1975 0- 5,0 154 0-10

Tabelle 4. Sauerstoffzehrungsraten verschiedener Schweizer Seen (15 m-Grund). Table 4. Rates of oxygen consumption in different Swiss lakes (15 m-bottom).

See Minimale Mittlere minimale Untersuchungsjahr O2-Zehrung2 O2-Zehrung

mg O~/m 2 X Tag mg O2/m 2 X Tag

Autor, Quelle

Vierwaldstattersee (Horwer Bucht) 1966 800 770 1969 740

Walensee 1972 1200 930 1973 800 1974 900 1975 800

Bodensee 1974 1700 1600 1975 1500

ZQrichsee 1972 1800 1650 1973 1500

Genfersee 1971 2400 2100 1972 1900 1973 1900 1974 2100

Bielersee 2300 (2300)

G,~CHTER [ 11 ] BLOESCH [4]

ZIMMERMANN und S u ~ R -WF.1D~'R

Internationale Gewasserschutz- kommission fur den Bodensee [16]

ZIMUE~^N~ [37]

Commission Internafionale Lac L6man [6]

FRII~DLt [ 10]


4.4 Phosphor

Von den essentiellen N~thrstoffen, die das Wachstum des pflanzlichen Planktons kontrollieren, kommt in den meisten Alpenrandseen dem Phosphor eine tiberra- gende P, olle zu [11]. Abb.6 zeigt die Verltnderung der Phosphatkonzentrationen wiihrend der Zirkulation in den letzten 14 Jahren. Der Anfangspunkt des Dia- gramms stammt aus einer wlthrend der Stagnationsperiode erfolgten Untersuchung yon PAvom [21]. Da aber tiber der gesamten Wassersiiule Phosphatkonzentrationen yon 5 mg P/m 3 und darunter ermittelt worden waren, kann dieser Wert kaum zu niedrig sein. Die mittleren P-Zunahmen lagen in den Jahren 1961-1972 bei 1,4 mg P/m 3 und stiegen in den darauffolgenden Jahren auf3 mg P/m 3. Dies entspricht auf das gesamte Seevolumen berechnet einer jiihrlichen Zunahme von 3,5 bzw. 7,5 Tonnen Phosphor. Die in Abb.7 dargestellten Orthophosphatisopleten zeigen die Auswirkungen der photosynthetischen Phosphoraufnahme w~thrend der Vegeta- tionsperioden auf die Phosphatkonzentrationen in den oberen Wasserschichten. Die Gehalte im Epilimnion lagen wahrend eines grossen Teils dieser Zeit nahe oder unter der methodischen Erfassungsgrenze. Die Bioproduktion konnte dabei nur so gross sein, als es die P-Zufuhren aus dem kurzgeschlossenen Phosphorkreislauf, aus dem vertikalen Stoffaustausch und aus den verschiedenen Zufltissen des Sees zuliessen.

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20

15

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1960 1965

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X I I Unters-chungen WVZ

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E|nzelwert Untersuchungen EAWAG PAVONI 1963 Ambi]hl 1975

Ill I I ' I ' ' ' I 1970 1975

Abb.6. Walensee, mittlerer Gehalt an Orthophosphat wtthrend der Friihjahrszirkulation seit 1961 (mg PO4-P/m3).

Fig. 6. Walensee, mean concentration of orthophosphate during spring overturn since 1961 (rag PO4-P/m3).

82 U. Zimmermann und P. Suter-Weider Hydrologic

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Das Ausmass der P-Zufuhren aus dem kleinen P-Kreislauf ist abh~ngig vom Gehalt an organisch gebundenem Phosphor, der zur Zeit des epilimnischen Phos- phatminimums praktisch identisch mit der Gesamtphosphorkonzentration ist. Im Walensee wurden in diesen Perioden mittlere Gesamtphosphorkonzentrationen yon 10 bis 22 mg P/m 3 in den obersten 14 m gemessen. Im Walensee wurden keine ausgepragten Sprungschichten beobachtet (Abb. 2), wie sie beispielsweise im etwa gleich tiefen Zt~fichsee normalerweise festgestellt werden [37]. Dieser Umstand k6nnte daher auch im Sommer zu vertikalen Austauschbewegungen ffihren. Die neben dem ldeinen Phosphorkreislauf hauptsachlichsten P-Quellen sind Abwasser und Auswaschungen aus landwirtschaftlich genutzten B6den [12].

Einen groben Oberblick fiber die Phosphorkonzentrationen der Linth bei deren Einmfindung in den Walensee geben die in Tab. 5 zusammengestellten Werte.

In der Zeit der Winter- und FrQhjahrszirkulationen wurden sowohl beim Orthophosphat (Abb.7) als auch beim Gesamtphosphor (Abb. 8) fiber die gesamte Wassersaule reichende gleichmassige Konzentrationsanstiege beobachtet. Ursache dieser raschen Anstiege sind standige allochthone Phosphorzufuhren, die jedoch zu dieser Jahreszeit nicht f~t~r die Bioproduktion verwendet werden und daher akkumu- lierend die Grundlast des Sees erh6hen. Mit dem Einsetzen der photosynthetischen Aktivitat im Frfihling wurde dieser Konzentrationsanstieg im Epilimnion und im oberen Hypolimnion jeweils gestoppt, im unteren Hypolimnion stiegen die Konzen- trationen, verursacht durch Mineralisation des sedimentierten Phytoplanktons, noch etwas an.

Beim Einsetzen der Bioproduktion im Frfihjahr wurde in der euphotischen Zone das anorganische Phosphat im Laufe yon zwei bis drei Monaten beinahe gesamthaft in ~organisch geformte>~ Phosphorverbindungen umgewandelt. Gleichzeitig wurde durch die Sedimentation des Phytoplanktons ein Teil davon dem Epilimnion entzogen.

Die Verarmung der obersten Wasserschichten an den verschiedenen Phosphor- verbindungen im Vedauf der Vegetationsperioden geht aus den Abb.7 und 8 hervor. Die minimalsten Gesamtphosphorkonzentrationen wurden im Epilimnion am Ende der Sommerstagnation beobachtet. Die Konzentrationsminima in 15-20 m Tiefe kamen dadurch zustande, dass das Orthophosphat bis in 20 m Tiefe praktisch vollstandig aufgezehrt wurde und der ~torganisch geformte>~ Phosphor gleichzeitig in oberflachennahen Schichten maximale Werte erreichte.

Tabelle 5. Mitflere und extreme Phosphat- und Gesamtphosphorkonzentrationen der Linth bei der Einmtlndung in den Walensee (mg P/m3). Table 5. Average and extreme phosphate- and total phosphorus concentrations of the river Linth before inflow into the Walensee (rag P/m3).

Orthophosphat Gesamtphosphor Min. M~tel Max. Min. Mittel Max.

1972 13 29 44 30 74 175 1973 2 22 34 30 78 176 1974 8 28 39 32 95 206 1975 11 32 77 17 93 173

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U. Zimmermann und P. Suter-Weider Hydrologie 84

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4.5 Phosphorbilanz des Walensees

Trotzdem monatlich nur eine Gesamtphosphor- bzw. Orthophosphatkonzentra- tion der Linth und des Seeabflusses gemessen wurde, versuchten wir zu einer groben P-Bilanz (Tab26) zu gelangen. Die Berechnung der P-Frachten dieser beiden Probenahmestellen wurde sowohl mit der an den Probenahmetagen gemessenen mittleren Abflussmenge als auch mit den monatsmittleren Werten [I 5] gemacht. Die auf beide Berechnungsarten ermittelten Jahresfrachten differierten zwischen 12 und 17% bei der Linthmt~ndung und zwischen 3 und 7% beim Seeabfluss, wobei die Monatsmittelwerte mit einer Ausnahme niedriger lagen. Die Berechnungen wurden in der Folge mit den monatsmittleren Werten gerechnet. Die Frachten aus dem iibrigen Einzugsgebiet des Walensees konnten mangels Messdaten nur gesch~ttzt werden, wobei folgende Erfahrungsangaben verwendet wurden:

Phosphorbelastung je Einwohner angeschlossen an Kanalisation Phosphorbelastung je Einwohner ohne Kanalisationsanschluss Phosphorauswaschung aus landwirtschaftlich genutzten Btden

3 g P /Tag [12]

1,5 g P /Tag [12]

70 kg P/km 2 • Jahr [12].

Tabelle 6. Gesamtphosphor-Bilanz des Walensees 1972 und 1973 (Angaben in Tonnen pro Jahr). Table 6. Total phosphorus balance of the Walensee 1972 and 1973 (tons per year).

1972 1973

P-Fracht aus Linth-Einzugsgebiet PoFracht aus fibrigem Einzugsgebiet P-Zufuhr gesamt P-Sedimentation P-ROckhalt im Wasserktrper (Mittel) P-Rt~ckhalt des Sees gesamt P-Export Anteil der Sedimentation an der gesamten P-Zufuhr (96) Phosphorbelastung des Sees (g P/m 2 • Jahr)

51 70 32 44 83 114 48 65 12 12 60 77 23 37 58 57 3,4 4,7

Mit diesen Faktoren wurden auch die P-Frachten aus dem Lintheinzugsgebiet berechnet und mit den aus den Linthabflussdaten ermittelten Werten verglichen. Far das Jahr 1972 ergab sich eine gute Obereinstimmung der empirischen mit den gemessenen Werten. Um beim tibrigen Einzugsgebiet des Sees die j~thdich verschiedenen Niederschlagsmengen und die dadurch verursachten Frachtschwankungen einigermassen absch~tzen zu ktnnen, wurden for das Jahr 1973 dieselben prozen- tualen ~,nderungen gegent~ber dem Vorjahr wie bei den Frachten der Linth angenommen.

Die aus den Phosphorzufuhren errechneten P-Belastungen des Sees in den beiden Jahren ergaben Werte von 3,4 bzw. 4,7 g P / m 2 • Jahr. In der von VOLLEN- W~IDER [34] vorgeschlagenen und von G.~crrrER [13] weiterentwickelten Einteilung der Seen aufgrund yon Phosphorbelastung und mittlerer Tiefe liegen beide Werte i~ber der for mesotrophe Seen tolerierbaren P-Belastung (2 g P /m 2 • Jahr). Es ist


jedoch zu be~cksichtigen, dass fiir die Linth der prozentuale Anteil des Orthophos- phates am Gesamtphosphor 25 bzw. 35% betrug. Diese Werte liegen zwischen denjenigen des Bodensees [I7] mit 7% und des Ziidchsees [31] mit 55%, woraus der Wildbachcharakter dieses Zuflusses mit iiberdurchschnittlichem Apatitanteil am Gesamtphosphor hervorgeht. Da dieser gesteinsgebundene Phosphor sich durch rasche Sedimentation den biologischen Prozessen entzieht, kOnnte die tolerierbare Ge- samt-P-Belastung des Walensees etwas h6her als 2 g P/m 2 x Jahr angesetzt werden.

Die Belastung des Walensees mit <<reaktivem Gesamtphosphor, mtisste nach G.~CHTER [13] in der Gr6ssenordnung um 0,3 g P/m 2 • Jahr oder niedriger sein, um einen oligotrophen Zustand gefahrlos erhalten oder wiedererlangen zu k6nnen. Wie gross der Anteil an <<reaktivem Gesamtphosphor)), gemessen am aktueUen Gesamt- phosphor, tats~ichlich ist, kann nur indirekt dutch Produktionsmessungen und dem daraus folgenden Phosphorbedarf abgesch~itzt werden.

4.6 Stickstoff Aus der von REDFIELD [22] postulierten Formel f'tir die Bildung yon Algenproto-

plasma, demzufolge im Idea]fall die hautps~ichlichsten Elemente C, N und P im Atomverh~iltnis yon 106:16:1 vorhanden sein mQssen und entsprechend bei der Assimilation eingebaut werden, kommt dem im epilimnischen Bereich tats~chlichen Verhgltnis dieser Stoffe zueinander grosse Bedeutung zu. Es stellt sich immer wieder die Frage, ob neben dem Phosphor auch der Stickstoff produktionsbestimmend wirkt. Im Walensee konnte wlihrend der Vollzirkulation 1973/74 das C:N:P- Verhiiltnis mit etwa 2200:40:1 errechnet werden. Da sich im Verlauf der Vegeta- tionsperiode das P:N-Verh~iltnis noch zugunsten des Stickstoffes verlinderte, kann ihm zu keiner Zeit die Rolle des Minimumstoffes zugewiesen werden. Im Verlauf der Untersuchungsperiode 1972-1974 nahm die Nitratkonzentration w~ihrend der VoUzirkulation yon etwa 480 mg N/m 3 auf 540 mg N/m 3 zu (Abb. 9). Dabei ist beson- ders im hypolimnischen Bereich der Nitratanstieg w~ihrend des ganzen Jahres recht augenf~illig.

Die jahresmittleren dutch die photosynthetische Assimilation verursachten Nitratzehrungsraten des Walensees, berechnet aus den h6chsten und niedrigsten Gehalten in der trophogenen Schicht (0-15 m), wurden mit den Nitratzehrungsra- ten anderer Alpen- und Alpenrandseen in der Tab.7 verglichen. Analog den hypolimnischen Sauerstoffzehrungsraten konnte der Walensee im unteren Bereich einer Stickstoffzehrungsskala eingereiht werden. Die Werte der beiden oligotrophen Engadinerseen (Silsersee und Silvaplanersee) k6nnen dabei als Anfangsbereich betrachtet werden.

Die in Abh. 10 dargestellten Nitritkonzentrationen zeigen wahrend der Zirkula- tion stets Werte < 1 mg N/m 3. Bei Beginn der Stagnationsperiode stiegen die Nitritkonzentrationen im oberflachennahen Schichten an, sobald die Nitratkonzen- tration abnahm. Die Ursache dieser Erscheinung liegt sehr wahrscheinlich in der Tatsache, dass Nitrit bei der Nitratassimilation alas erste Zwischenprodukt ist [25]. Zusatzlich dazu wurden w~ihrend der Stagnationsperiode einzeine Konzentrations- maxima in tieferen Zonen beobachtet. STADELMANN [25] machte ~ihnliche Beobach- tungen in tier Horwer Bucht des Vierwaldstattersees und vermutet Nitdfikationspro- zesse im Bereich tier optischen Kompensationstiefe.

38/2,1976 Limnologie des Walensees 87

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38/2, 1976 Limnologie des Walensees

TabeUe 7. Nitratzehrungsraten verschiedener Schweizer Seen (0-15 m). Table 7. Rates of nitrate utilization in different Swiss lakes (0-15 m).

89

See Nitratzehrung mittlere Autor, Quelle Untersuchungsjahr m8 N/m 2 • Tag Nitratzehrung

mg N/m 2 •

Silsersee 1968 5,5 (5,5) BOSLI-PAVONI [5]

Silvaplanersee 1968 8,9 (8,9) BOSLbP^voNI [5]

Vierwaldst~ttersee (Horwer Bucht) 1966 12,2 14,4 G;~CHT~R [11] 1969 16,5 BLO~SCH [4]

Walensee 1972 21,2 21,8 ZIMMERMANN 1973 19,0 and SUTER -WEIDER 1974 27,3 1975 19,5

Genfersee 197! 34,0 29,7 Commission 1972 22,8 Intemafionale 1973 30,5 Lac L6man [16] 1974 31,5

Ziirichsee 1972 22,7 33,0 ZIMM~nMAI~S [37] 1973 35,4 1974 49,8 1975 23,9

Bodensee 1974 48,5 54,8 Internationale 1975 61,1 Gewasserschutz-

kommission for den Bodensee [6]

Bielersee 1972 73,1 (73,1) FRIEDLI [ 10]

4.7 Alkalinit~t, CO 2 und p H

Die Alkalinit~ttsdifferenz in der euphotischen Zone zwischen Zirkulationswerten im Winter und den Stagnationswerten im Sommer kann zu einer Aufteilung nach Trophiegruppen herangezogen werden. VOLLEN3,VEIDER [34] schl~tgt dabei folgende Einteilung vor:

Trophiegrad Alkalinit~ttsdifferenz Winter-Sommer (reval/l) oligo-mesotroph < 0,60 meso-eutroph 0,60-1,00 polytroph ~ 1,00

90 U. Zimmermann und P. Suter-Weider

Tabelle 8. Walensee, Alkalinit~it (mval/l). Table 8. Walensee, Alkalinity (royal/I).

Hydrologie

1973 Tiefem 30.1. 19.2. 12.3. 11.4. 7.5. 12.6. 9.7. 13.8. 19.9. 15.10. 19.11. 4.12.

0 I 2,5 5 7,5 I0 12,5 15 20 30 40 80 120

2,12 2,12 2,14 2,20 2,20 1,92 1,90 1,96 1,88 1,88 2,10 2,08 2,12 2,12 2,15 2,19 2,18 t,95 1,89 1,96 1,88 1,96 2,10 2,08 2,12 2,12 2,14 2,20 2,18 1,98 1,94 1,92 1,88 2,04 2,10 2,08 2,12 2,12 2,16 2,18 2,18 1,98 1,92 1,90 1,88 2,04 2,10 2,06 2,12 2,14 2,16 2,18 2,18 2,00 1,92 2,00 1,90 2,02 2,10 2.06 2,12 2,12 2,16 2,18 2,18 1,98 1,94 2,02 1,94 2,04 2,10 2,08 2,12 2,12 2,14 2,18 2,20 1,98 1,94 2,02 1,96 2,06 2,10 2,06 2,14 2,12 2,14 2,18 2,18 1,98 2,00 2,02 1,98 2,04 2,10 2,08 2,14 2,12 2,14 2,18 2,18 2,02 2,02 2,04 2,02 2,06 2,10 2,08 2,14 2,12 2,14 2 , 1 8 2,18 2,10 2,10 2,14 2,06 2,20 - 2,06 2,14 2,12 2,14 2,18 2,18 2,14 2,14 2,16 2,12 2,06 - 2,06 2,14 2,12 2,14 2 , 1 8 2,18 2,16 2,18 2,20 2,16 2,24 - 2,08 2,12 2,12 2,14 2,18 2,20 2,20 2,22 2,22 2,20 2,26 - 2,18

1974 Tiefem 22.1. 18.2. 5.3. 2.4. 29.4. 28.5. 24.6. 22.7. 19.8. 16.9. 14.10. 11.11. 16.12.

0 1 2,5 5 7,5

10 12,5 15 20 30 40 80

120

2,12 2,16 2,16 2,18 2,05 !,92 1,86 1,88 1,68 1,46 1,84 2,00 2,04 2,12 2,14 2,16 2,18 2,06 1,93 1,87 1,86 1,70 1,45 1,83 1,97 2,04 2,18 2,14 2,16 2,18 2,06 1,94" 1,88 1,86 1,80 1,56 1,84 1,98 2,06 2,14 2,16 2,16 2,20 2 , 1 1 2,02 1,94 !,84 1,84 1,70 1,86 1,96 2,06 2,16 2,14 2,16 2,18 2,12 2,06 1,96 1,86 1,84 1,78 1,86 1,98 2,06 2,14 2,16 2,16 2,18 2,12 2,04 1,96 1,92 1,86 1,80 i,84 1,98 2,04 2,18 2,12 2,16 2,18 2,12 2,08 1,98 1,92 1,88 1,84 1,86 1,98 2,06 2,16 2,14 2,16 2,20 2,14 2,08 1,98 1,92 1,90 1,86 1,86 1,98 2,04 2.16 2,16 2,16 2,16 2,14 2,12 2,04 1,96 1,92 !,92 1,90 1,98 2,04 2,16 2,14 2,16 2,18 2,16 2,14 2,04 2,10 2,00 2,02 2,04 2,02 2,02 2,18 2,16 2,16 2,18 2,14 2,10 2,10 2,10 2,08 2.06 2,10 2.08 2,06 2,14 2,14 2,16 2,18 2,16 2,14 2,12 2,14 2,14 2,10 2,10 2,14 2,06 2,16 2,16 2.16 2,16 2,16 2,14 2,16 2,16 2,14 2.14 2,14 2,18 2,14

1975 Tiefe m 6.1. 3.2. 3.3. 1.4. 5.5. 26.5. 23.6. 21.7. 18.8. 16.9. 13.10. 10.11. 8.12.

0 1 2,5 5 7,5 I0 12,5 15 20 30 40 80 120

2,14 2,16 2,18 2,16 2,18 2,04 1,92 1,76 1,70 1,86 1,90 1,96 2,00 2,13 2,16 2,18 2,16 2,17 2,04 1,92 1,75 1,67 !,84 1,88 1,94 1,97 2,14 2,16 2,18 2,18 2,16 2,02 1,92 1,74 1,78 1,84 1,88 1,94 1,98 2,14 2,16 2,18 2,20 2,16 2,06 1,92 1,78 1,75 1,86 1,86 1,96 1,96 2,14 2,16 2,18 2,20 2,16 2,08 1,90 1,86 1,78 1,84 1,86 1,94 2,00 2,14 2,16 2,18 2,18 2,16 2,10 1,88 1,86 1,76 1,84 1,86 1,92 1,98 2,14 2,16 2,18 2,16 2,18 2,10 1,92 1,84 1,76 1,84 1,88 1,94 1,98 2,14 2,16 2,18 2,20 2,16 2,12 1,90 1,88 1,84 1,84 1,88 1,92 1,98 2,14 2,16 2,18 2,18 2,18 2,08 2,00 1,90 1,82 1,86 1,90 1,96 1,98 2,14 2,16 2,18 2,16 2,16 2,12 2,08 1,88 1,96 1,86 1,94 2,04 2,00 2,14 2,16 2,18 2,18 2,18 2,16 2,18 1,98 2,04 1,96 2,00 2,12 1,98 2,16 2,16 2,18 2,24 2,16 2,18 2,18 2,14 2,12 2,14 2,12 2,14 2,16 2,18 2,16 2,18 2,18 2,18 2,20 2,18 2,18 2,14 2,18 2,16 2,16 2,16


Die Alkalinit/itswerte des Walensees der Untersuchungszeit 1973-1975 sind in Tab.8 aufgeftihrt; diejenigen der Alkalinitatsdifferenzen neben Angaben anderer Seen in Tab. 9. Die Alkalinit~ttsdifferenz wurde aus dem h6chsten und dem niedrigsten Wert, die in der trophogenen Schicht im Lauf eines Jahres beobachtet wurden, ermittelt. Aufgrund dieser Werte k6nnte der Walensee als ein meso- bis eutrophes G e w ~ s e r bezeichnet werden. Auch beim Vergleich mit den anderen aufgeftihrten Seen lag der Walensee eher bei den h6here Alkalinit~ttsdifferenzen aufweisenden Gew~issern. Die freie Kohlens~ture wurde in der euphotischen Zone von Zirkula- tionswerten zwischen 1,8 und 2,6 mg CO2/1 vol lkommen assimiliert, wogegen im Hypolimnion als Folge von Abbauprozessen Werte bis 4,4 mg CO2/1 gemessen wurden.

Tabelle 9. Alkalini~tsdifferenzen in der trophogenen Schicht verschiedener Schweizer Seen. Table 9..Yearly variations of alkalinity difference values in the trophogenic layer in different Swiss lakes.

See Alkalinit~tsdifferenz Autor, Quelle Untersuchungsjahr mval/l

Silvaplanersee 1968 0,08

Silsersee 1968 0,13

Vierwaldstattersee (Horwer Bucht) 1969 0,20

Genfersee 1972 0,23

Walensee 1972 0,50 1973 0,30 1974 0,70 1975 0,50

Bodensee 1974 0,56 1975 0,57

Zilrichsee 1972 0,66 1973 0,72 1974 0,60 1975 0,60

BOSLI-PAVONI [51

BOSLI-PAVONI [5]

BLOESCI~ [41

Commission Internationale Lac L~man [16]

ZIMMERMANN und SUTEX-WExDEX

Internationale Gew~serschutzkommission for den Bodensee [6]

ZIMMERblANN und SUTER-WEIDER

Die pH-Werte der Jahre 1973-1975 sind in Tab. 10 ersichtlich. Die hohen Werte w~hrend der Stagnationsperiode mit einem Maximum von 8,99 im September 1974 deuten auf beachtliche Photosyntheseaktivit~iten hin.

92 U. Zimmermann und P. Suter-Weider

Tabelle 10. Walemee, pH-Werte. Table 10. Walensee, pH values.

Hydrologic

1973 Tiefem 30.1. 19.2. 12.3. 11.4. 7.5. 12.6. 9.7. 13.8. 19.9. 15.10. 19.11. 4.12.

0 I 2,5 5 7,5 I0 12,5 15 20 30 40 80 120

7,93 8,03 8,02 8 ,16 8 ,18 8,74 8,80 8,79 8 , 3 1 8,40 8,41 7,98 7,94 8,02 7 ,98 8,18 8,19 8,75 8,84 8,35 8,45 8,37 7,98 7,98 7,94 8,02 8 , 0 0 8 ,18 8 , 1 6 8,74 8,80 8,79 8,35 8,46 8,41 7,99 7,94 8,02 8 , 0 0 8 ,17 8,12 8 ,63 8,57 8,78 8,35 8,46 8,39 7,98 7,94 8,02 8 ,00 8 ,16 8,09 8,51 8,42 8,64 8,26 8,44 8,38 7,98 7,94 8,02 8,00 8,14 8 ,09 8 ,45 8,25 8,64 8,09 8,32 8,36 8,01 7,94 8,02 8,01 8,15 8 ,09 8,42 8,25 8,36 8,04 8 , 3 8 8,37 7,98 7,94 8,00 7 ,99 8 ,12 8,09 8 ,33 8,23 8,21 8,01 8,40 8,35 8,00 7,94 8,01 7,99 8,14 8 ,08 8,23 8,13 8,08 7,99 8 , 2 1 8,33 8,00 7,94 8,01 7,97 8,11 8,03 8 , 1 3 8,05 7,99 7,98 7,91 - 7,98 7,94 8,01 7,97 8 ,09 7,99 8,07 8,02 7,99 7,98 7,92 - 7,99 7,94 8,02 %97 8 ,03 7,97 8 ,01 7,97 7,96 7,97 7,91 - 7,98 7,97 8,00 7 ,97 7,99 7,93 7,94 7,93 7,88 7 , 9 1 7,84 - 7,80

1974 Tiefem 22.1. 12.2. 5.3. 2.4. 29.4 . 28.5. 24.6. 22.7. 19.8. 16.9. 15.10. 11.11. 16.12.

0 I 2,5 5 7,5

10 12,5 15 20 30 40 80

120

7,99 8,00 8,11 8,68 8,64 8 , 6 8 8,74 8,39 8,78 8,99 8 , 4 3 8,18 8,08 8,00 8,00 8,11 8,69 8,61 8,70 8,74 8,45 8,78 8,98 8,42 8,17 8,07 8,00 8,00 8 ,12 8 ,63 8,64 8,60 8,47 8,43 8,68 8,91 8,37 8,18 8,07 7,99 8,00 8 ,11 8,36 8,54 8,40 8,31 8,30 8,57 8,55 8,35 8,15 8,09 8,01 8,00 8,11 8,22 8,36 8,36 8,20 8 ,21 8,45 8,55 8,37 8,18 8,11 7,99 8,01 8,09 8,14 8,32 8,31 8,18 8,22 8,38 8,47 8,38 8,15 8,09 8,00 8,01 8,10 8,14 8,24 8,28 8,18 8,16 8,28 8,31 8,41 8,08 8,09 8,00 8,00 8 ,11 8 , 1 3 8,20 8 ,25 8,16 8,14 8,15 8,23 8,36 8,07 8,09 8,00 8,00 8,10 8,04 8 ,13 8,20 8,12 8,09 8,02 7,92 8,32 8,15 8,07 8,01 7,99 8 , 1 0 8,05 8,05 8 , 1 5 8,04 7,96 7,98 7,90 7,98 8,07 8,06 8,04 7,98 8,10 8,04 8,04 8,01 8,02 7,95 7,97 7,88 7,97 7,92 8,06 7,99 7,98 8,09 7,98 8 ,03 7,95 7,99 7,90 7,94 7,85 7,94 7.86 8,01 8,00 7,99 8 , 0 7 7,93 7,87 7 , 9 1 7,86 7,86 7,85 7,76 7,83 7,72 7,81

1975 Tiefem 6.1. 3.2. 3.3. 1.4. 5.5. 26.5. 23.6. 21.7. 18.8. 16.9. 13.10. 10.11. 8.12.

0 I 2,5 5 7,5 I0 12,5 15 20 30 40 80 120

8,03 8,02 8,07 8,02 8,35 8,40 8,76 8,57 8,79 8,31 8,38 8,48 8,12 8,04 8,03 8,08 8,14 8,35 8,41 8,76 8,53 8,79 8,32 8,38 8,47 8,13 8,05 8,03 8 , 0 7 8,14 8 , 3 5 8,40 8,72 8,34 8,56 8,32 8,37 8,45 8,13 8,05 8,01 8,07 8,16 8,33 8,37 8 ,51 8,27 8,38 8,29 8,38 8,45 8,12 8,05 8,02 8 ,08 8 ,16 8,34 8,32 8,52 8,30 8,39 8,30 8,39 8,45 8,15 8,05 8,01 8,08 8 ,13 8,32 8,31 8,41 8,23 8,25 8,31 8,41 8,47 8,14 8,06 8,01 8,08 8,12 8,32 8,30 8,24 8,26 8,20 8,31 8,38 8,47 8,17 8,06 8 , 0 1 8,07 8,12 8,33 8,29 8,22 8,23 8,07 8,29 8,30 8,44 8,17 8,05 8,01 8,07 8,11 8,30 8,28 8,15 8,16 7,95 8,28 8,16 8,37 8,16" 8,05 8,01 8,07 8 ,07 8,24 8 ,21 8,08 8,02 7,95 8,28 7,96 7,92 8,15 8,05 8,01 8,06 8 ,08 8 ,21 8,18 8,04 7,97 7,93 8,04 7,95 7,88 8,13 8,00 8,03 8 , 0 6 8 , 0 8 8,10 8 , 0 8 7,98 7,86 7,86 7,95 7,91 7,87 7,84 7,89 8,03 8 , 0 7 8,02 8 ,03 8,02 7 ,91 7,89 7,83 7,83 7,79 7,73 7,78


5. Zusammenfassung und Folgemngen

Mit den Ergebnissen der chemischen und physikalischen Untersuchungen kann eine Charakterisierung des Walensees in bezug auf seinen trophischen Zustand abgesch~itzt werden. Da es meist schwierig ist, Messwerte eines Sees in Relation zum Trophiegrad zu setzen, wurden dieselben Messgr6ssen yon anderen - besser bekannten - Schweizer Seen herangezogen. Die damit erstellten Skalenreihen (Tab.4, 7, 9) erlauben uns, den Zustand des Walensees im Vergleich mit anderen Seen abzusch~tzen.

Die in Tab. 11 dargestellte Zusammenfassung der drei Vergleichsparameter zeigt, dass in bezug auf die Sauerstoff- und Nitratzehrungsraten der Walensee etwas hOhere Werte als die Horwer Bucht des Vierwaldst~ttersees aufweist. Dabei sind die Nitratzehrungswerte der Horwer Bucht ihrerseits gegentiber denjenigen der im Engadin gelegenen Silser- und Silvaplanerseen schon wesentlich erh6ht, eine Feststellung, die sicher auch auf die Sauerstoffzehrungsraten zutreffen dtirfte. Beim Vergleich der Alkalinit~itsdifferenzen n~hern sich die Werte des Walensees eher denjenigen des Boden- und Ztirichsees an.

Tabelle ! 1. Alkalinit,~ttsdifferenzen, mittlere Sauerstoff- und Nitratzehrungsraten des Walensees und anderer Schweizer Seen. Table 1 I. Yearly variations of alkalinity values, average rates of oxygen consumption and nitrate utilization in the Walensee and other Swiss lakes.

mitflere mittlere Alkalinitats- O2-Zehrung 2 NO3--Zehrung differenz mg O2/m 2 x Tag mg N/m 2 • Tag mval/l

Walensee 930 21,8 0,50 Silvaplanersee - 8,9 0.08 Silsersee 5,5 0,13 Vierwaldst~ttersee 770 14,4 0,20 (Horwer Bucht) Genfersee 2100 29,7 0,23 Bodensee 1600 54,8 0,57 Zi~richsee 1650 33,0 0,65 Bielersee 2300 73,1 -

Aufgrund dieser Untersuchungen kann der Walensee kaum mehr l~tnger als eirt oligotrophes Gew~tsser betrachtet werden. Im Gegensatz zu dieser trophischen Beurteilung stehen die noch recht guten Sauerstoffwerte im Hypolimnion und das Ausbleiben eigentlicher Sauerstoffminima im Grenzbereich Epilimnion-Hypolim- nion. Diese k6nnen mit Folgeerscheinungen der besonderen orographischen Beson- derheiten des Sees (grosse mittlere Tiefe; Kanalisierung starker, fast t~tglich einfal- lender Winde) in Zusammenhang gebracht werden, wobei die in jedem Winter beobachtete wochenlang andauernde Vollzirkulation und die kleinen Temperatur- gradienten in den oberen Wasserschichten w~thrend der Stagnation yon iiberragen- der Bedeutung sind.

Eine abschliessende Beurteilung der trophischen Verhaltnisse im Walensee kann jedoch erst durch die in Vorbereitung stehenden produktionsbiologischen Untersu- chungsergebnisse erfolgen.

94 U. Zimmermann und P, SuteroWeider Hydrologie

Die Entwicldung eines Sees hangt neben der momentanen Grundbelastung an Nahrstoffen in hohem Masse von der Zufuhr allochthoner Phosphor- und Stickstoff- mengen at). Die teilweise auf Messergebnissen und teilweise auf empirischen Werten beruhende Phosphorbelastung des Walensees in der GrOssenordnung yon 3 bis 5 gP/m 2 • Jahr lasst erkennen, dass, um den heutigen Zustand des Sees erhalten zu ktnnen, eine weitgehende Fernhaltung dieses Nahrstoffes notwendig ist. Ein mehr oder weniger grosset Anteil der zugeffihrten partikularen Phosphormenge sedimentiert rasch. Ausserdem kOnnen die haufig auftretenden grossen Trfibstoff- mengen einen Teil des Orthophosphats adsorbieren und auch auf diese Weise dem Nahrstoitkreislauf entziehen [1]. Aufgrund des seit Anfang der sechziger Jahre beobachteten Anstiegs der Grundlast an Orthophosphat (Abb.6) ist der Anteil dieser der Produktion entzogenen Phosphormengen heute weit geringer als die zur Bioproduktion zur Ve~ligung stehende Phosphormenge. Nach Beendigung der in voUem Gang befindlichen Abwassersanierungsmassnahmen im ganzen Einzugsge- biet des Walensees k6nnte jedoch ein grosser Teil des dannzumal stark verminder- ten Phosphorzuflusses dem Stottkreislauf entzogen bleiben.

RI~SUMI~ ET CONCLUSIONS

Les r~sultats des analyses chimiques et physiques du lac de Walenstadt permettent l'estimation de son 6tat trophique. Commr il est fort diflicile de mettre en relation les valeurs mesur~es avec le stade de trophisme du lac nous comparons le lac de Walenstadt avec d'autres lacs suisses mieux connus (tabl. 4, 7, 9). Les r~sum~s sous forme de tabl. II des trois param~tres de comparaison montrent que le lac de Waleustadt a des valeurs de consommation d'oxyg~ne et de nitrates un peu plus ~lev~es que le lac des Quatres-cantons. La consommation de nitrates dans ce dernier est plus ~lev~e que dans les lacs de Sils et de Silvaplana en Engadine, ce qui est certainement aussi valable pour la consommation d'oxyg~ne.

Les differences d'alcalinit~ du lac de Walenstadt se rapprochent d'avantage de celles des lacs de Constance et de Zurich. Au vu de ces r~sultats le lac de Walenstadt ne peut 8tre consid~r~ plus longtemps comme un lac oligotrophe. A Fopposr de cette appreciation trophique se trouvent les teneurs en oxyg~ne ~lev~es de l'hypolimnion et l'absence de minima d'oxygene dans la zone limite hypofimnion-epilimnion. Ceci peut ~tre mis sur le compte des particularit~s orographiques du lac (profondeur moyenne ~lev~e, canalisation des vents forts presque quotidiennement). La circulation complete observte chaque hirer pendant plusieurs semaines et le faible gradient de temperature dans les couches suptrieures pendant la stagnation jouent aussi un r t le capital.

Afin d'appr~cier d~finitivement les conditions trophiques II faut toutefois attendre les r~sultats des mesures de production biologique en cours.

L'~volution d'un lacest non seulement li~e a la charge momentan~e en produits nutritifs mais aussi l'apport en phosphore et en azote allochthone. La charge en phosphore du lac de Walenstadt mesur~e d'une part et estim~e d'autre part, est de rordre de 3 a 5 g/m2-ann~e. On remarque combien il est important d'~viter l'introduction de ces produits nutritifs pour qu'il conserve son ~tat actuel.

Une fraction variable de phosphore en particules introdnit s~dimente rapidement. En outre les frt:[uents apports de mati~res turbides sent susceptibles d'adsorber une pattie de l'orthophosphate et contribuer ainsi ~ l 'tliminer du cycle nutritif [l]. Sur la base de Faccroissement de la teneur en phosphore observ~e depuis le d~but des ann~'es soixante (fig.6), on peut affirmer que cette fraction soustraite au cycle naturel est de loin plus faible que celle qui reste ~ disposition pour la production biologique~ Quand les stations d'~puration d~versants dans le bassin du lac de Walenstadt seront achev~es, une grande partie de l'apport r~dnit en phosphore sera certainement soustrait au cycle nutritif.

SUMMARY AND CONCLUSIONS

The type of trophic condition prevailing in the Walansee can be estimated by results obtained from the chemical and physical investigations. As it is normally difficult to place the measured values of a lake in direct relationship to its trophic condition, the values used were taken from better known Swiss lakes.


The tables 4, 7, 9 shown give the condition of the Walensee in comparison to other lakes. The values given in the table 11 for the three selected parameters show the rate of oxygen consumption and the rate of nitrate utilization in the Waleusee to be higher than the values encountered in the Lake of Lucerne (Horwer Bucht). By comparison the rates of nitrate utilization in the Horwer Bucht is higher than that for the Silsersee and Sllvaplanersee which is certainly a consequence of the higher rate of oxygen consumption.

The yearly variations of alkalinity values in the Walensee are close to. the values found in the lakes of Constance and Zih'ich. On the basis of these investigations, the Walensee can hardly be regarded as an oligotrophic lake. In contrast are the fairly high values of oxygen in the hypolimnion and the lack of oxygen minima in the area between epilimnion and hypolimnion. This could be the result of the specific orographic properties of the lake (large mean depth, channeling of strong daily winds). Of some importance is the full turn over lasting several weeks in wintertime and small temperature gradients in the upper layers during the stagnation phase.

A final statement on the trophic conditions of the Walensee can be made only on conclusion of primary productivity investigations now in preparation.

The development of a lake is dependent not only on the current nutrient base load but largely on the intake of ailochthonous phosphorus and nitrogen.

The phosphorus load of 3 to 5 g P/m2year, determined partly from measured and partly from empiric values shows that this nutrient should be banned in order to maintain the present conditions of the lake.

A more or less large proportion of the undissolved phosphorus settles rapidly. In addition, the large amounts of turbidic matter frequently encountered adsorb a portion of the orthophosphate and thus remove it from the nutrient cycle [1]. Observations carried out since the beginning of the nineteen sixties have shown that of the increase in the orthophosphate base load (fig.6), the portion removed from the nutrient cycle is far less than the resources available. On completion of the sewage projects now being carried out in the drainage basin of the Walensee a large portion of the greatly reduced intake of phosphate will make its absence felt in the make-up of~he nutrient cycle.

LITERATURVERZEICHNIS

[1] AMBOHL, H., Versuch der Quantifizierung der Beeinflussung des Oekosystems durch chemische Faktoren: Stehende Gewilsser, Schweiz. Z. Hydrol. 37/1, 35-53 (1975).

[2] AMnOHL, H., und SCHMID, M., Die Bestimmung geringster Mengen yon Phosphaten im Wasser yon Binnenseen, Schweiz. Z. Hydrol, 27, 172-183 (1965).

[3] BASTIAN, R. Ultraviolet spectrophotometric determination of nitrate, Z. Anal. Chem. 29, 11795 (1957). [4] BLor~CH, J., Sedimentation und Phosphorhaushalt im VierwaMstl~ttersee (Horwer BuchO und im

Rotsee, Schweiz. Z. Hydrol. 36/1, 71-186 (1974). [5] BOSLI-PAVONI, M., Ergebnisse der limnologischen Untersuchung der Oberengadiner Seen, Schweiz. Z.

Hydrol. 33/1,386-409 (1971). [6] Commission internationale pour la protection des eaux du Ldman contre la pollution, Rapports

1971-1974. [7] FINDENEGG, I., Phytoplankton und Prim~lrproduktion einiger ostschweizerischer Seen und des Boden-

sees, Schweiz. Z. Hydrol. 28/2, 148-172 (1966). [8] FLORIN, J., Ergebnisse aus Benthos-Untersuchungen am Walensee, Verh. int. Ver. Limnol. 18, 461-

466 (1972). [9] FouL, F.A., Le l_~man, Monographie limnologique, 3 Bande, Lausanne (1892-1904).

[10] FRIEDLI, P., Limnologische Untersuchungen am Bielersee, Beitrag zur physikalischen, chemischen und biologiachen Charakterisierung des Oekosystems (1972), Lizentiatsarbeit, Universit,~[t Bern (1973).

[11] G~CHTER, R., Phosphorhaushalt und planktische Primdrproduktion im Vierwaldstattersee (Horwer BuchO, Schweiz. Z. Hydrol. 30/1, 1-66 (1968).

[12] G~,CI-ITER, R., und FuPa~R, O.J., Der Beitrag der Landwirtschafl zur Eutrophierung der Gew~ser in der Schweiz. L Ergebnisse yon direkten Messungen im Einzugsgebiet verschiedener Vorfluter, Schweiz. Z. Hydrol. 34/1, 41-70 (1972).

[13] G~CHTI~R, R., Vorlesung ETH-Z (1976). [14] HUBER-PES'rALOZZl, G., Der Walensee undsein Plankton, Schweiz. Z. Hydrol. 18/1, 5-143 (1956). [15] Hydrographisches Jahrbuch der Schweiz, Bern (1972, 1973).


[16] Internationale Gewasserschutzkommission f'~ir den Bodensee, Monatsbulletins 1974 und 1975. [17] KtZFFMOLLER, R., Die in den Boden-Obersee eingebrachten Schmutz- und Dgingstoffe und ihr

Verbleib, Int. Rev. ges. Hydrohiol. 45, 359-380 (1960). [18] LAMBERT, A., und KELPS, K.R., Measurements of Density underflows from Walensee, Switzerlana~

Sedimentology 23 (1976). [19] MXNDER, L., Zur Hydrophysik des Zf~rich- und Walensees, nebst Beitrag zur Hydrochemie und

Hydrobakteriologie des Z~lrichsees, Arch. Hydrobiol. 12, 122-194 (1918). [20] OrlI~, W., Zur Vervollkommnung der hydrochemischen Analyse. 11I. Die Phosphorbestimmung, Z.

anorg. Chemic 51, 906-911 (1938). [21] PAVOIql, M., Die 8edeutung des Nannoplanktons im Vergleich zum Netzplankton, Schweiz. Z. Hydrol.

25/2, 219-336 (1963). [22] REDFI~I.D, A.C., K~CHUM, B.H., und RICHARDS, F.A., The influence of Organisms on the

Composition of Seawater, in: M.N. HILL, The sea, Bd.2, S.26-77 (1963). [23] SAUBI~REg, F., Empfehlungen flir die DurchfNhrung yon Strahlungsmessungen an und in Gewllssern,

Mitt. int. Ver. Limnol. 11, 1-77 (1962). [24] SCHWEIZEg, A., Die Seiches des Walensees, Mitt. phys. Ges. Zttrich (1909). [25] STADIZI.MANN, P., Stickatoffkreislauf und Prim~.rproduktion im mesotrophen Vierwaldstiittersee (Hor-

wer Bucht) und im eutrophen Rotsee, mit besonderer Berf:cksichtigung des Nitrats als Iimitierendem Faktor, Schweiz. Z. Hydrol. 33/1, 1-65 (1971).

[26] American Public Health Association, Washington, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 13.Aufl. (1971).

[27] STRICgLAND, J.D.H., und PARSONS, T.R., A Practical Handbook of Seawater A nalysis, 2. Aufl., Fish. Res. Bd. Can. Bull. 167 (Ottawa 1972).

[28] THIENEMANN, A., Der Sauerstoff im eutrophen und oligotrophen See, in: Die Binnengew~lsser, Bd.4 (Schweizcrbartsche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart 1928).

[29] THOMAS, E.A., Regionallimnologische Studien an 25 Seen der Nordschweiz, Verh. Vet. Limnol. 10, 489-495 (I 949).

[30] THOMAS, E.A., Neuere Hydrobiologische Forschungsergebnisse aus dem Gewdssersystem Walensee- Linth-Ziiriehsee, Wasser- u. Energiewirtschaft 10, i-12 (1951).

[31] THOMAS, E.A., Der Zt~richsee, sein Wasser und sein Boden, ZOrichsee 17, 173-208 (1957). [32] VALENTA, J., Die UV-Extinktion zur Bestimmung yon Nitrat und als Summenparameter j~r die

organischen Parameter, AWBR-Jahresbericht Nr. 7 (1975). [33] VALENTA, J., und BRUNNER, K., Eine moch'fizierte Mikro-Gesamtphosphorbestimmung im Seewamer,

AWBR-Jahresbericht Nr. 7 (1975). [34] VOLLENWEIDER, R.A., Die wissenschafllichen Grundlagen der Seen- und Fliessgewdssereutrophierung,

unter besonderer Berf~cksichtigung des Phosphors und des Stickstoffs als Eutrophierungsfaktoren, OECD/DAS/CSI/68.27 (1968).

[35] WINKLER, L.W., Die Bestimmung des im Wasser gellJsten Sauerstoffs und die LOslichkeit des Sauerstoffs im Wasser, Chem. Bet. 21, 2843-2855 (1888).

[36] ZEHENDER, F., STUMM, W., und FISCHER, H., Freie Kohlensdure undpH yon Wasser im Calciumkar- bonat-LOslichkeitsgleichgewicht, Monatsbull. Schweiz. Ver. Gas- u. Wass. Fachm. 11, 1-7 (1956).

[37] ZIMMERMANN, U., Limnologische Untersuchungen im Trinkwasserspeicher Z~richsee, GWA 9, 473- 480 (1975).

[38] ZOI.I.IO, H., Sedimente als A usdruck des Zustandes eines Gewtlssers, Schweiz. Z. Hydrol. 18/1, 5-143 (1956).

Adresse der Autorcn: Dr. Ulrich Zimmermann, Wasserversorgung Zfirich, Smdienabteilung, Postfach, 8023 Zfirich 1. Peter Suter-Weider, Dipl. phil. nat., Gesundheitsinspcktorat der Stadt Ztirich, Walchestrasse 35, Postfach, 8035 ZQrich.

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Beiträge zur Limnologie des Walen-, Zürich-Ober-und Zürichsees