Nitrat im Fokus der Grundwasserbewirtschaftung - Hydrogeochemische Modellierung zur Planung und Bewertung flächenbezogener Eintragsminderungsmaßnahmen

Anna Jesußek1, Carsten Hansen2, Siegfried Wilde3, Hilger Schmedding3
1 Consulaqua Hildesheim - Geoinfometric
2 Consulaqua Hamburg
3 Consulaqua Hildesheim - Geo-Infometric

O 9.7 in Nitrat im Grundwasser - Eintrag, Abbau und Prognose

14.04.2016, 12:15-12:30, Plank Hörsaal, Geb. 40.32

 

 

Rund ein Drittel der Grundwasserleiter in Deutschland erreichen derzeit nicht den geforderten „guten“ chemischen Zustand im Hinblick auf Nitrat. In vielen Wassergewinnungsgebieten gewährleisten Abbauprozesse im Grundwasserleiter noch die Minderung der Nitratbelastung, doch die Nitratabbauprozesse führen oft zu nachteiligen Veränderungen der Rohwasserqualität und zu unerwünschten Brunnenalterungsprozessen (DVGW, 2015).

Das Nitratabbauvermögen der Grundwasserleiter ist überwiegend an organische Kohlenstoffverbindungen (Corg) und Pyrit gebunden (Leson & Wisotzky, 2012). Mögliche Konsequenzen der Abbauprozesse sind eine Zunahme der Karbonathärte, der Eisenkonzentrationen und/ oder der Verockerungsneigung von Brunnen (Bergmann et al., 2014). Daraus erwächst die Notwendigkeit einer auf die Grund- und Rohwasserqualität bezogenen Bewirtschaftungsstrategie. Diese muss am Eintragsort ansetzen und auf die Flächen zielen, die einen möglichst großen Effekt der oft kostenintensiven Maßnahmen versprechen. Um solche Flächen zu identifizieren, ist ein detailliertes Verständnis der zugrunde liegenden hydraulischen und hydrogeochemischen Prozesse im Einzugsgebiet erforderlich.

Im Rahmen eines vom DVGW und 16 Wasserversorgungsunternehmen geförderten Forschungsprojektes (Bergmann et al., 2013) wurde das Nitratabbauvermögen für 38 Gewinnungsgebiete mit Hilfe verschiedener hydrogeochemischer Methoden und Modelle (Stoffbilanzierungen, Stofffluss- und -transportmodelle) untersucht und hinsichtlich seiner „Nachhaltigkeit“ bewertet.

Darauf aufbauend wurde der Anwendungsbereich der Stoffflussmodellierung (Van Berk & Hansen, 2006) im Zuge der Umgestaltung einer Wassergewinnungsanlage erweitert. Anhand der Beschaffenheitsentwicklung des Rohwassers wurden retrospektiv die maßgeblichen hydrogeochemischen Prozesse identifiziert und quantifiziert. Der Nitratabbau über Pyrit und Corg im Grundwasserleiter wurde als standortspezifische Ursache für Veränderungen der Rohwasserqualität und Brunnenalterung bestätigt.

Mit dem Stoffflussmodell wurde anhand der Grundwasserbeschaffenheit in Messstellen das Vorhandensein von Pyrit im Anstrom der jeweiligen Messstelle untersucht. Unter Berücksichtigung der geologischen Verhältnisse (glaziale Rinnenstruktur) konnte die regionale Verbreitung von Pyrit im Grundwasserleiter eingegrenzt werden. Bezogen auf die Denitrifikationsprozesse mit Pyrit und organisch gebundenem Kohlenstoff war es somit möglich, Herkunftsbereiche („Lieferzonen“) von Hydrogenkarbonat, Eisen und Nitrat einzugrenzen und auf den Einfluss konkreter Nitrateintragsflächen zu beziehen. Auf dieser Grundlage konnte die relative wasserwirtschaftliche „Werthaltigkeit“ von Nutzflächen hinsichtlich ihres Einflusses auf die Rohwasserqualität und die Alterungsneigung der Brunnen beurteilt werden. Dieser Modellansatz bildet durch seinen direkten Flächenbezug ein fundiertes Planungsinstrument für einen effizienten Einsatz von Maßnahmen zur Eintragsminderung im Wassergewinnungsgebiet.



 

 

Bergmann, A., Weber, F.-A., Hansen, C., Wilde, S., van Straaten, L., Dietrich, P., Franko, U., Kiefer, J., Rödelsperger, M. (2014): Konsequenzen nachlassenden Nitratabbaus in Grundwasser­leitern. DVGW energie wasser-praxis, 2/ 2014: S. 36-42; Bonn.

Deutscher Verein des Gas- und Wasserfachs e.V. (DVGW) (2015): Stickstoffumsatz im Grundwasser. DVGW Information Wasser Nr. 85, 101 S.; Bonn.

Leson, M., Wisotzky, F. (2012): Hydrogeochemische Untersuchungen von Nitrateinträgen in das Grundwasser und möglichen Denitrifikationsprozessen. Grundwasser, 17: 137 – 145.

Van Berk, W. & Hansen, C. (2006): Hydrogeochemische Stoffflussmodelle – Leitfaden zur Modellierung der Beschaffenheitsentwicklung von Grund- und Rohwässern. 226 S., ; Springer Verlag, Berlin.



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