Weniger als jedes zehnte Gewässer in Deutschland ist in einem guten oder sehr guten ökologischen Zustand. Zu diesem Ergebnis kommt das Umweltbundesamt. Besonders häufig leidet die Wasserqualität kleinerer Gewässer. Denn Bäche, kleine Flüsse und Seen werden meist nur stichprobenartig und per Hand untersucht. Das heißt: Kontrolleure nehmen Proben an bestimmten Messpunkten – ein Gesamtbild ergibt sich daraus jedoch nicht. Genau das soll in Zukunft der autonome Katamaran „RiverBoat“ liefern, den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in einem vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekt entwickeln. Koordiniert wird das Projekt durch das Forschungsinstitut für Wasser- und Abfallwirtschaft an der RWTH Aachen (FiW), einem Mitgliedsinstitut der Zuse-Gemeinschaft. Als mobile HighTech-Trägerplattform mit Echolot und Kameras geht das Boot den Gewässern und deren Umgebung auf den Grund.   

„Mit dem RiverBoat können wir Gewässer vollständiger und präziser untersuchen als mit herkömmlichen Messverfahren. Zudem können wir die gesamte Geometrie des Gewässers erfassen“, sagt FiW-Forscher David Wehmeyer. Dafür haben die Forschenden das Boot mit neuester Technik ausgerüstet, die in einer Kammer aus Kunststoff zwischen den schwarzen Rümpfen des Bootes sitzt. Eine spezielle Sonde misst, wie warm oder kalt das Wasser ist, ob es klar oder trüb ist, wie hoch der pH-Wert liegt und wie stark es den elektrischen Strom leitet. Mit diesen Werten können die Forschenden Rückschlüsse auf mögliche Einleitungen in die Gewässer ziehen. Das kann zum Beispiel Wasser aus Kläranlagen oder Kühlwasser aus Kraftwerken sein.

Veränderungen auf den Grund gehen

„Einleitungen in Gewässer können Ökosysteme empfindlich stören“, erklärt Wehmeyer. Denn Kühlwasser kann die Wassertemperatur verändern – und Fischen und anderen Wasserlebewesen das Leben schwer machen. Den Ursprung solcher Veränderungen kann das „RiverBoat“ aufspüren. „Investigatives Monitoring“ nennt das Wehmeyer. „Wir können nicht nur die Ausbreitungswege der Einleitungen zurückverfolgen, sondern auch die Durchmischung mit dem Wasser“, so der Experte. Das ist wichtig, um Gefahren für die Umwelt abzuschätzen.  

Angetrieben wird das RiverBoat von je einem Elektromotor an seinen Rümpfen. Damit fährt es von Messpunkt zu Messpunkt, ob mit oder gegen die Strömung. Sei es in Uferzonen, im Lauf eines Flusses, in der Mitte eines Stausees oder Unterwasser: Der Katamaran kann beliebig oft an exakt denselben Stellen Messdaten einsammeln. Dazu programmieren ihn die Forschenden vorab. Auf dem Gewässer folgt das Boot eigenständig der Programmierung oder lässt sich fernsteuern. Geleitet von Navigationssatelliten landet das autonome High-Tech-Boot stets exakt an denselben Koordinaten wie bei früheren Messungen. Diese Präzision ist wichtig, um beispielsweise Schadstoffe von Einleitungen an Flüssen exakt zu erfassen – und auch langfristig zu beobachten.

Alles im Blick: Rundumsicht dank modernster Technik

In der Mitte des Katamarans ragt ein Metallmast mit Kameras an der Spitze empor. Sie können Böschungen und Uferzonen aufnehmen, sei es als Foto oder als Film. Denn was am Rande der Gewässer passiert, ist für die Wasserqualität oft genauso wichtig wie das Leben unter der Wasseroberfläche. So kann zum Beispiel Nitrat aus angrenzenden Feldern die Wasserqualität beeinträchtigen.

Die Kameras des RiverBoat bieten nicht nur über Wasser eine Rundumsicht: Mit 360 Grad Fotos, ebenso wie mit Unterwasserkameras und hochauflösender Echolot-Technik lassen sich später 3D-Modelle des Gewässerbetts erstellen. Über die Aussagen blanker Messdaten hinaus helfen solche Modelle, das Leben im Wasser besser zu verstehen – unserem wichtigsten und am strengsten kontrollierten Lebensmittel. Sie schaffen die Grundlage, damit Forschende mehr über die Tier- und Pflanzenwelt erfahren können. Mit dem Katamaran hat das FiW einen Schritt in Richtung Digitalisierung der Wasserwirtschaft getan: Mit innovativer Technik, die Menschen und Natur dient.