Wir möchten an dieser Stelle denjenigen recht herzlich danken, die uns fachlich und praktisch bei der Durchführung des Projektes unterstützt haben:

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2 Wir möchten an dieser Stelle denjenigen recht herzlich danken, die uns fachlich und praktisch bei der Durchführung des Projektes unterstützt haben: Herrn Walter Köppen vom Ministerium für Umwelt, Energie und Verkehr Frau Eva Güthler und Herrn Ulrich Heintz vom Zweckverband Illrenaturierung, Herrn Bernd Kammer und Herrn Ralf Franzen vom Landesamt für Umwelt - und Arbeitsschutz, Unseren Kollegen vom Lehrstuhl für Physische Geografie und Umweltforschung an der Universität des Saarlandes, Frau Nora Welschbillig und Herrn Dr. Lickes von der Wasserwirtschaftsverwaltung in Luxemburg, Frau Limbach und Herrn Hubertus Maurer vom Entsorgungsverband Saar, Frau Schmitt aus Lebach, Familie Emanuel aus Lebach, Herrn Becker und der Leitung der Firma Juchem in Eppelborn, Familie Jutzi-Jung aus Lebach, Familie Bohlen aus Illingen.

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4 INHALT 1. EINLEITUNG TECHNISCHE AUSSTATTUNG UNTERSUCHUNGSGEBIET UND STANDORTE ERGEBNISSE Die Theel Beobachtungen und Einzelereignisse Gesamtübersicht über eine Vegetationsperiode Ergebnisse der manuellen Beprobungen Fazit Theel Die Ill Beobachtungen und Einzelereignisse Gesamtübersicht über eine Vegetationsperiode Ergebnisse der manuellen Beprobungen an der Ill Ergebnisse der Messungen an der Merch Fazit Ill und Merch und Vergleich mit den Ergebnissen der Bestandsaufnahme Der Saubach Beobachtungen und Einzelereignisse Gesamtübersicht über eine Vegetationsperiode Manuelle Beprobungen Ergebnisse der Messungen am Saubach in Niedersaubach und Vergleich der beiden Standorte am Saubach in Lebach und in Niedersaubach Fazit Saubach Vergleich der Ergebnisse an Theel, Ill und Saubach FAZIT UND AUSBLICK ANHANG... 74

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6 1. Einleitung Die im Dezember 2000 verabschiedete Europäische Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) beinhaltet zahlreiche neuartige Aspekte, welche die Verantwortlichen für Wasserwirtschaft und Gewässerschutz in allen EU-Mitgliedsstaaten vor große Herausforderungen stellen. Dies bezieht sich sowohl auf die theoretische als auch auf die praktische Ebene. Daher wird durch vielerlei Projekte unterschiedlichster Gruppen versucht, diesen Herausforderungen gerecht zu werden und Beiträge zur Umsetzung der Richtlinie zu leisten. Ein sehr praxisnahes Konzept verfolgt dabei das MODELLPROJEKT ZUR UMSETZUNG DER WRRL IM EINZUGSGEBIET VON THEEL UND ILL (Projektlaufzeit 2010 bis 2014). Dieses Projekt wurde im Dezember 2009 unter Federführung des Zweckverbandes Illrenaturierung 1 ins Leben gerufen und integriert Ansätze zur Betrachtung der Gewässerstruktur und Durchgängigkeit sowie chemische und biologische Verfahren zur Beurteilung der Gewässerqualität. Dies erlaubt neben der Erarbeitung von Grundlagen zur Umsetzung der WRRL darüber hinaus auch die Entwicklung von allgemeingültigen Leitfäden, welche auf andere Einzugsgebiete übertragen werden können. Die gewonnenen Informationen sollen im intensiven Dialog mit Vertretern der Landwirtschaft, der Gemeinden, der Naturschutz- und Freizeitverbände sowie des Abwasserentsorgers (EVS) dazu dienen, Praxis-taugliche und Kosten-effiziente Maßnahmen zur Verbesserung der Gewässerqualität zu entwickeln und umzusetzen, wobei vor allem vorhandene Synergien genutzt werden sollen. Im ersten Jahr wurde nun eine detaillierte Betrachtung der Gesamtsituation durchgeführt. Dazu wurden neben verschiedenen Expertentreffen und Ortsbegehungen sowie den biologischen Untersuchungen kontinuierliche Messungen an mehreren neuralgischen Punkten im Einzugsgebiet vorgenommen. Mit Hilfe von mobilen Messstationen wurden über den Zeitraum von einem Jahr (d.h. über eine gesamte Vegetationsperiode) die Nährstoffparameter Nitrat, Ammonium, Ortho- und Gesamt- Phosphat und TOC sowie Wassertemperatur, ph-wert, Sauerstoffgehalt, Leitfähigkeit und Trübung in sehr hoher zeitlicher Auflösung ermittelt. Derartige Messungen erlauben es, ein exaktes Abbild der Konzentrationsverläufe in einem Fließgewässer zu erstellen. Die Interpretation der gewonnenen Daten unter Berücksichtigung der meteorologischen und hydrologischen Rahmenbedingungen lässt Rückschlüsse auf die Dauer und Intensität sowie auf die Herkunft der Belastungen zu und ermöglicht so unter Anderem eine Differenzierung zwischen punktuellen und diffusen Einträgen. Somit können wertvolle Hinweise auf die Durchführung von effizienten Maßnahmen erhalten werden. Zudem bietet diese Methode die Möglichkeit, die Ausgangslage vor Beginn der Maßnahmen zu dokumentieren und nach Beendung der Maßnahmen eine exakte Erfolgskontrolle durchzuführen. Die Ergebnisse dieser kontinuierlichen Messungen sind Gegenstand dieses Berichtes. 1 Für diese Aufgabe wurde der Zweckverband Illrenaturierung, der sich ursprünglich aus den Gemeinden Illingen, Eppelborn, Marpingen und Merchweiler zusammensetzt, um die Theel-Anrainer-Gemeinden Tholey und Lebach erweitert. 1

7 2. Technische Ausstattung Fließgewässer sind äußerst dynamische Systeme, die neben den natürlichen tages- und jahreszeitlichen Schwankungen auch sehr starken Beeinträchtigungen durch unsere Gesellschaft unterliegen. Viele dieser Einflüsse treten in Form von sehr kurzfristigen Belastungsstößen auf, wie z.b. durch Einleitungen aus Regenüberlauf-Bauwerken oder durch Einspülung von Düngemitteln nach Regenfällen. Einzelbeprobungen der Gewässer, zum Beispiel einmal im Monat, können daher nur eine Momentaufnahme der Gewässerqualität abbilden. Um genauere Hinweise auf die Häufigkeit, die Ausprägung und die Dauer von Belastungen sowie deren Herkunft zu erhalten, konzipierte die AG Gewässermonitoring im Rahmen eines von der EU geförderten und vom Ministerium für Umwelt, Energie und Verkehr des Saarlandes cofinanzierten LIFE-Projektes 2 mehrere unterschiedliche mobile Messstationen (Abb. 2-1 und 2-2 sowie Abb. 6-1 bis 6-12 im Anhang). Diese Anhänger können an einem geeigneten Standort eines zu betrachtenden Flusses aufgebaut werden und enthalten zahlreiche Analysatoren und Messsonden, mit deren Hilfe verschiedene Parameter kontinuierlich, das heißt mit einer zeitlichen Auflösung zwischen wenigen Sekunden und zehn Minuten, erfasst werden können (Abb. 2-2). Eine Pumpe fördert gleichbleibend das Flusswasser in einen Vorratsbehälter innerhalb der Messstation. In diesem Behälter befinden sich Sonden zur direkten Messung von Sauerstoff, Wassertemperatur, ph-wert, Leitfähigkeit, Nitrat und Trübung. Die Messautomaten für Ammonium, Phosphat und TOC werden aus dem Vorratsbehälter mit Probe (Flusswasser) versorgt (Abb. 2-2 und Tabelle 2-1). Alle Messwerte werden automatisch in einem Übertragungssystem abgespeichert und über Mobilfunknetz zu einem Computer übertragen, um dann unter Berücksichtigung zahlreicher weiterer Informationen ausgewertet zu werden. Abb. 2-1: Außenansicht einer großen Messstation 2 FERNGESTEUERTE KONTROLLE DES EUTROPHIERENDEN EINTRAGS AUS DIFFUSEN QUELLEN IN DER REGION SAAR-LOR-LUX (Eutroph Monitor) ( ) 2

8 Abb. 2-2: Innenschema einer großen Messstation Tabelle 2-1: Messparameter in den großen und z.t. in den kleinen Messstationen Parameter Messbereich Messprinzip ph-wert 2 14 elektrochemisch Sauerstoff gelöst (O 2 ) 0 20 mg/l optisch (Lumineszenz) Leitfähigkeit µs/cm elektrochem./konduktometrisch Wassertemperatur 0 50 C Widerstandsmessung Nitrat (NO 3 ) bzw. 0,1 100 mg/l direkte Absorption (UV-Bereich) Summe aus Nitrit und Nitrat (NO - x ) Ammonium NH 4 -N 0,02 2 mg/l photometrisch (bzw mg/l) mg/l elektrochemisch mit GSE (Gas- Sensitive-Elektrode) Phosphat: Gesamt-Phosphat (P ges ) und 0,02 5 mg/l photometrisch ortho-phosphat (PO 4 -P) 0,02 5 mg/l photometrisch Trübung FNU nephlometrisch Gesamter organischer Kohlenstoff (TOC) 0,1 100 mg/l Austreibmethode/optisch Spektraler Absorptionskoeffizient (SAK) m -1 direkte Absorption (UV-Bereich) 3 Der SAK stellt in manchen Matrizes eine einfache und kostengünstige Alternative zur aufwendigen TOC- Bestimmung dar. Eine Korrelation ist in den betrachteten Fließgewässern nur bei geringen Trübungen gegeben. Der SAK wird deshalb nicht in allen Stationen gemessen. 3

9 3. Untersuchungsgebiet und Standorte Das Einzugsgebiet der Theel, zu welchem auch das Einzugsgebiet der Ill gehört, liegt im Zentrum des Saarlandes. Es umfasst eine Fläche von etwas über 200 km². Es ist hauptsächlich durch landwirtschaftliche Nutzung geprägt, dennoch finden sich aufgrund der relativ dichten Besiedlung von etwa 400 Einwohnern pro km² deutliche Einflüsse von Siedlungseinträgen. Industrielle Einleitungen hingegen sind eher selten. In Absprache mit den Projektteilnehmern und den Experten des Ministeriums für Umwelt, Energie und Verkehr des Saarlandes und nach Durchführung intensiver Ortsbegehungen und Stichprobenmessungen durch den AK Gewässermonitoring wurde Ende Januar 2010 beschlossen, die drei zur Verfügung stehenden großen Messstationen an folgenden Standorten im Einzugsgebiet zu installieren: in den jeweiligen Mündungsbereichen der Theel an der Knorscheider Mühle, der Ill in Eppelborn sowie des Saubaches in Lebach (vgl. Abb, 6-3 bis 6-8 im Anhang). Dabei sollten sich Messungen an Theel und Ill auf die Erfassung der Einflüsse der Siedlungswasserwirtschaft und die Messungen am Saubach auf die Beobachtung der landwirtschaftlichen Beeinflussung konzentrieren. Diese Standortauswahl wurde dann in einem weiteren Treffen Mitte März mit Vertretern des Landesamtes für Umwelt- und Arbeitsschutz und des EVS diskutiert. Im Laufe der Untersuchungen wurden in Absprache mit den Projektpartnern zusätzliche kleine Messstationen am Mittellauf des Saubaches in Niedersaubach und später in der Nähe der Mündung an der Merch in Illingen aufgestellt. Die im Folgenden dargestellte Karte zeigt das Einzugsgebiet von Ill und Theel und die Beprobungsstandorte im Rahmen der behördlichen Gewässeraufsicht sowie die Messpunkte der biologischen Untersuchungen und der kontinuierlichen Überwachung. Abb. 1-1: Messpunkte innerhalb des Überwachungsprogramms Theel / Ill (Quelle Arbeitskreis Gewässer) Kontinuierliche Messung Chemie/Überwachung Biologie Manuelle Messung Chemie/Überwachung Biologie Überwachung Biologie 4

10 Somit waren folgende Gewässer Gegenstand der kontinuierlichen Messungen: Ill (OWK V-2.3.1): Die Ill entspringt nördlich von Urexweiler und mündet nach einer Fließstrecke von 29,8 km unterhalb von Bubach-Calmesweiler in die Theel. Sie entwässert ein Einzugsgebiet von 125 km 2. Theel (OWKV-2.1.1): Die Quelle der Theel liegt in der Nähe von Theley. Zwischen Bubach-Calmesweiler und Lebach mündet die Ill als größtes Nebengewässer in die Theel. Nach dem Zusammenfluss mündet der Saubach bei Lebach in die vereinigte Theel. Nach einer Fließstrecke von insgesamt 24,85 km mündet die Theel bei Körprich in die Prims. Sie entwässert ein Einzugsgebiet von 207 km 2. Saubach (OWK V-2.1.3,): Er entspringt bei Gresaubach und mündet oberhalb der Stadt Lebach nach einer Fließstrecke von etwa 9 km in die Theel. Merch (OWK V-2.1.1): Sie entspringt bei Göttelborn und mündet nach einer Fließstrecke von ca. 5 km bei Illingen in die Ill. Alle diese Gewässer entsprechen dem LAWA-Gewässertyp 5.1 und gehören somit zu den feinmaterialreichen, silikatischen Mittelgebirgsbächen. Sie erfahren bei Hochwasser eine tiefgründige Durchmischung und können als Lockersohlenbäche beschrieben werden 4. Die nachfolgende Tabelle 3-1 gibt eine Übersicht über die Standorte und Messzeiträume. Tabelle 3-1: Standorte und Messzeiträume Gewässer Messzeitraum Koordinaten Gauß- Krüger Ort von bis Rechts Hoch Theel Ill Saubach Knorscheider Mühle (Lebach, Primsstr.) Eppelborn, Juchemstr. Ortsausgang Lebach, Tholeyerstr. Saubach in Niedersaubach Niedersaubach Privatgrundstück Merch in Illingen Illingen Privatgrundstück 4 Quelle: 5

11 Die Messcontainer sind modular aufgebaut und können je nach Fragestellung mit unterschiedlichen Sonden und Geräten ausgestattet werden. Die großen Anhänger enthalten auch Analysenautomaten, die in den kleineren Stationen nicht einsetzbar sind. Die an den einzelnen Standorten gemessenen Parameter sind in Tabelle 3-2 zusammengestellt. Tabelle 3-2 Messcontainer und Parameter Gewässer Messeinheiten Physikalisch chemische Parameter Nährstoffe Theel Ill Saubach Großer Messcontainer Großer Messcontainer Großer Messcontainer mit externer Messung des Wasserstandes ph-wert Wassertemperatur, Sauerstoff, Leitfähigkeit, Trübung ph-wert Wassertemperatur, Sauerstoff, Leitfähigkeit, Trübung SAK ph-wert Wassertemperatur, Sauerstoff, Leitfähigkeit, Trübung Ammonium, Nitrat, Gesamt-Phosphat, Ortho-Phosphat, TOC Ammonium, Nitrat, Gesamt-Phosphat, Ortho-Phosphat, TOC Ammonium, Nitrat, Gesamt-Phosphat, Ortho-Phosphat, TOC Saubach in Niedersaubach Kleine Probenehmerstation Nitrat, Ammonium Merch in Illingen Kleine Probenehmerstation Wassertemperatur, Sauerstoff Nitrat, Ammonium In Ergänzung dieser Messungen wurden über den gesamten Messzeitraum im Abstand von ungefähr 10 Tagen Vergleichsmessungen im Labor durchgeführt, die zusätzlich zu den kontinuierlich erfassten Messgrößen auch eine Gesamt-N und eine Nitritbestimmung umfassten. 6

12 4. Ergebnisse In den folgenden Kapiteln werden einige signifikante Beobachtungen beschrieben, die während der letzten zwölf Monate mit Hilfe der mobilen Messeinheiten an der Ill in Eppelborn, an der Theel an der Knorscheider Mühle, am Saubach in Lebach und Niedersaubach sowie an der Merch in Illingen gemessen wurden. Zusätzlich zu den kontinuierlich erhobenen Messgrößen wurden auch weitere Parameter zur Interpretation herangezogen, die im Rahmen der analytischen Qualitätssicherung etwa alle 10 Tage in einer Vergleichsprobe 5 aus dem Probentopf jeder Messstation entnommen und im Labor analysiert wurden (Gesamt-Stickstoff und Nitrit). Alle erfassten Online-Daten wurden dem Zweckverband Illrenaturierung als Auftraggeber, dem Ministerium für Umwelt Energie und Verkehr des Saarlandes und dem AK Fließgewässer der Universität des Saarlandes gleichzeitig mit diesem Bericht in evaluierter Form als Fünfminutenwerte, Stundenmittelwerte, Tagesmittelwerte, Tagesminima und Tagesmaxima übergeben. Den im folgenden dargestellten Abbildungen liegen - soweit nicht anders vermerkt - die Stundenmittelwerte der erhobenen Messdaten zugrunde, da sich diese direkt mit den vom Landesamt für Umwelt- und Arbeitsschutz des Saarlandes (LUA) zur Verfügung gestellten Stundenmittelwerten der Abflüsse sowie der Stundensummen der Niederschläge vergleichen lassen und zudem ein hoch aufgelöstes Bild der Konzentrationsverläufe wiedergeben. Zur Interpretation der Messdaten der einzelnen Standorte wurden die Daten der folgenden Pegelund Wetterstationen des LUA herangezogen: Messstation an der Ill in Eppelborn: Abflussmengen der Pegelstation in Eppelborn und Niederschlagsdaten der Wetterstation in Wustweiler, vergleichend auch der Wetterstation in Sotzweiler. Messstation an der Theel Knorscheider Mühle: Abflussmengen der Pegelstation in Lebach und Niederschlagsdaten der Wetterstation in Lebach. Messstationen am Saubach in Lebach und Niedersaubach: Niederschlagsdaten der Wetterstation in Lebach. Der Wasserstand wurde in unmittelbarer Nähe der Messstation selbst erhoben. Neben diesen hydrologischen und meteorologischen Daten wurden zusätzlich folgende externe Informationen berücksichtigt: Die Ablaufmengen der Kläranlage Lebach als Zweistundensummenwerte, da diese am Pegel in Lebach nicht miterfasst werden (Information EVS). Ergebnisse der Quellbeprobungen (Information Herr Köppen, MUEV) Ergebnisse der Ablaufkontrolle des LUA an allen Kläranlagen im Einzugsgebiet (Information Herr Franzen, LUA) Einleitungen im Einzugsgebiet des Saubaches (Information Herr Franzen, LUA) 5 Die Ergebnisse werden mit den online ermittelten Werten verglichen, um die Funktionalität der einzelnen Messgeräte und des gesamtes Systems zu gewährleisten. Darüber hinaus wurden Proben aus dem Fluss und dem Probentopf verglichen, um sicher zu stellen, dass das Probengut durch den Transport nicht verändert wird. 7

13 4.1 Die Theel Beobachtungen und Einzelereignisse Zur Interpretation der Messdaten an der Theel wurden zusätzlich zu den Abflussdaten des Pegels 6 und den Niederschlagsdaten von Lebach die Ablaufmengen der Kläranlage Lebach hinzugezogen. Die Kläranlage Lebach liegt etwa 5 km flussaufwärts der Messstation und die Ablaufmengen werden vom Pegel in Lebach nicht erfasst. Für den betrachteten Zeitraum betragen sie im Mittel 2% des Gesamtabflusses in Lebach. Bei der Auswertung der Ablaufdaten fällt auf, dass der Abschlag tageszeitliche Schwankungen aufweist und Maximalwerte zwischen 09:00 und 13:00 Uhr erreicht. Die Minima liegen um 5:00 Uhr nachts (Abb ). Abb : Abschlag der Kläranlage Lebach in Tagesverläufen als 2h-Summenwerte Diese zyklischen Schwankungen des Abschlags wirken sich bei geringem Gesamtabfluss auch auf die gemessenen Konzentrationsverläufe der Phosphate und vor allem auf die des Ammoniums aus (Abb ). Der zeitliche Versatz der Abschlagsmaxima und der Konzentrationsmaxima ist um ca. 12 h verschoben. Die dabei auftretenden Höchstkonzentrationen liegen jedoch bei Trockenwetter meist deutlich unter dem Orientierungswert für Ammonium. 6 Information des Entsorgungsverbandes Saar (EVS). Abschlagsmengen der Kläranlagen Lebach als Zweistunden-summe vom bis zum

14 Abb : Phosphat- und Ammoniumkonzentrationen an der Theel an der Knorscheider Mühle und Abschlag der Kläranlage Lebach. Abfluss und Niederschlag in Lebach. An der Theel wurden die Online-Messungen bereits Anfang März 2010 begonnen. Die Ergebnisse dieses Monats werden jedoch in die Jahresübersicht nicht mit einbezogen, da die Instandsetzung der Messgeräte und Datenübertragung eine Reihe von Ausfällen zur Folge hatte. Dennoch konnten im März 2010 bereits einige interessante Beobachtungen gemacht werden. Bei gleichbleibendem Abfluss zeigen sich tageszeitliche Schwankungen des gelösten Phosphates und des Ammoniums (Abb ). Bei starken Abflussereignissen wird die Konzentration von gelöstem Phosphat verdünnt, während die Konzentration von Partikel gebundenem Phosphat ansteigt. Diese Beobachtungen zeigen, dass die Konzentration insbesondere der gebundenen Phosphate durch Oberflächenabfluss stark ansteigt. Die gelösten Phosphate hingegen werden maßgeblich durch die Einleitungen kommunaler Abwässer aus den Kläranlagen in die Theel eingebracht und bei anhaltendem starkem Oberflächenabfluss wird die Konzentration an ortho- Phosphat sogar verdünnt. 9

15 Abb : Regenereignisse im März 2010 ( ) an der Theel an der Knorscheider Mühle Konzentrationsverläufe von Ammonium-N, Ortho-Phosphat, Gesamt-Phosphat und Partikel gebundenem Phosphat (Delta-P), Niederschlag und Abfluss in Lebach sowie die Abflussmengen der Kläranlage in Lebach. Die höchsten Werte für Gesamt-Phosphat wurden während eines Starkregenereignisses am 06. Juni 2010 gemessen (Abb ). Obwohl auch die Ablaufmengen der Kläranlage Lebach hoch sind (2h-Summenwerte >1000 m 3 ), wird die Konzentration an gelöstem P durch die Gesamtwassermenge verdünnt. Auch Ende Mai 2010 sieht man einen solchen Verdünnungseffekt nach einem anfänglichen Ansteigen der ortho-phosphat Konzentration (Abb ). Die Ammoniumkonzentrationen zeigen diesen Verdünnungseffekt nicht in gleichem Maße. 10

16 Abb : Konzentrationsverläufe von Ammonium-N, Ortho-Phosphat, Gesamt-Phosphat und Partikel gebundenem Phosphat (Delta-P) an der Theel an der Knorscheider Mühle, Niederschlag und Abfluss in Lebach im Juni Abb : Konzentrationsverläufe von Ammonium-N, Ortho-Phosphat, Gesamt-Phosphat und Partikel gebundenem Phosphat (Delta-P) an der Theel an der Knorscheider Mühle, Niederschlag und Abfluss in Lebach sowie die Abflussmengen der Kläranlage in Lebach im Mai

17 Die höchsten Nitratwerte und gleichzeitig auch lang anhaltende Sauerstoffdefizite werden während der starken Abflussereignisse im Monat November 2010 gemessen. Mit beginnenden Regenfällen kommt es zu Spitzenkonzentrationen, von Ammonium und mit zunehmendem Abfluss zu lang anhaltenden Auswaschungen von Nitrat. Die Feinstruktur des Konzentrationsverlaufes von Nitrat zeichnet die Abflussmaxima nach und die Breite des Signals verweist auf eine flächenhafte Auswaschung, die zeitverzögert mit fallendem Abfluss abnimmt. Die Sauerstoffkonzentration hingegen nimmt mit dem ersten großen Abflussereignis sprunghaft ab und fällt bei dem folgenden steilen Anstieg des Abflusses auf sehr niedrige Konzentrationen (Abb ). Die Sauerstoffdefizite (< 7 mg/l) bleiben über die Dauer von neun Tagen bestehen. In dieser Zeit geht die Nitratkonzentration zurück und die Ammoniumkonzentration steigt, da Ammonium auf Grund des fehlenden Sauerstoffs nicht mehr zu Nitrat umgesetzt werden kann. Mit zunehmendem Sauerstoffgehalt steigt auch die Nitratkonzentration wieder an und bleibt auch in den folgenden abflussreichen Monaten auf einem hohen Niveau (s. Kap 4.1.2). Abb : Konzentrationsverlauf von Nitrat, Ammonium-N und Sauerstoff im November 2010 an der Theel an der Knorscheider Mühle, Niederschlag und Abfluss in Lebach. Diese starken Abflussereignisse im November werden auch von einem starken Oberflächenabfluss begleitet. So werden die höchsten Konzentrationen an Partikel gebundenem Phosphat (Delta-P) beobachtet und die Konzentration an gelöstem Phosphat nimmt auf nahezu die Hälfte ab (Abb ). Trägt man die Konzentrationen der einzelnen Phosphatfraktionen gegen den Abfluss auf, so erkennt man die unterschiedliche Eintragsdynamik insbesondere zwischen dem gelösten und dem Partikel gebundenen Phosphat. Das erste große Abflussmaximum führt zu einem sehr steilen Anstieg der Delta-P-Konzentration. Dieser Eintrag bleibt bei dem gelösten Phosphat aus (Abb ). 12

18 Abb : Konzentrationsverläufe der Phosphate vom November 2010 an der Theel an der Knorscheider Mühle, Niederschlag und Abfluss in Lebach. Abb : Konzentration der Phosphate gegen den Abfuss vom November 2010 an der Theel an der Knorscheider Mühle. Die Punkte sind in zeitlicher Abfolge miteinander verbunden. 13

19 Auch die TOC-Werte und die Trübung zeigen Maximalwerte und machen die Intensität des Oberflächenabfluss deutlich (Abb ). Eine Auftragung der Konzentrationen gegen den Abfluss deutet auf den gleichen Eintragspfad und -mechanismus von Delta-P und TOC. Es ergibt sich für diesen Zeitraum auch eine sehr gute Korrelation zwischen TOC und Delta-P (Abb ). Abb : Konzentrationsverläufe von TOC und Partikel gebundenem Phosphat sowie der Trübung vom November 2010 an der Theel an der Knorscheider Mühle, Niederschlag und Abfluss in Lebach. Abb : Konzentration von TOC gegen die Konzentration von Partikel gebundenem Phosphat vom November 2010 an der Theel an der Knorscheider Mühle. 14

20 4.1.2 Gesamtübersicht über eine Vegetationsperiode Die hydrologischen Daten im Zeitraum April 2010 bis März 2011 zeigen in den Frühjahrs- und Sommermonaten geringe Abflusswerte mit kurzen starken Regenereignissen. Im November 2010 ändert sich das Abflussverhalten sprunghaft und es kommt zu sehr hohen Abflüssen und Hochwassersituationen, die bis zum Februar 2011 anhalten. Die Niederschläge häufen sich, sie sind jedoch nicht mehr so stark wie in den Sommermonaten (Abb ). Für den betrachteten Zeitraum ergibt sich ein mittlerer Abflusswert von 2,797 m 3 /s. Der niedrigste Abfluss von 0,368 m 3 /s wurde am gemessen. Das Abflussmaximum von 107,4 m 3 /s wurde am erreicht. Diese Abflusswelle entspricht etwa einem siebenjährigen Hochwasser (HQx-Statistik 7 ). Im Vorfeld dieses Ereignisses musste der Messcontainer am weggezogen werden, da der Standort vollständig überschwemmt wurde (Abb. 6-16a und Abb. 6-16b im Anhang) Der höchste Niederschlagswert wurde am mit 18 mm/h gemessen. Hierbei handelte es sich laut Definition des Deutschen Wetterdienstes um ein Starkregenereignis, welches sein Zentrum im Raum Püttlingen/Köllerbach hatte und dessen Ausläufer sich bis nach Lebach erstreckten. Abb : Abfluss 8 und Niederschlag in Lebach sowie der Abschlag der Kläranlage Lebach 9 vom bis zum Die Skalierung des Gesamtabflusses wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit abgeschnitten. Das Maximum liegt tatsächlich bei [107,4 m 3 /s]. 9 Die Ablaufmenge der Kläranlage in [m 3 /s] wurde unter Annahme einer gleichmäßigen Abgabe aus 2h- Summenwerten berechnet. 15

21 Im Jahresverlauf (April 2010-März 2011) werden die saisonalen Besonderheiten deutlich. Im Frühjahr sind die tageszeitlichen Schwankungen der Parameter Sauerstoff, ph-wert und Temperatur besonders stark ausgeprägt. In den Sommermonaten sinkt die Sauerstoffkonzentration aufgrund des Temperaturanstiegs und der damit einher gehenden geringeren Sauerstofflöslichkeit ab. Regenereignisse führen dann zu ausgeprägten Sauerstoffdefiziten, die auch über einen längeren Zeitraum anhalten. Auch der ph-wert wird durch die in den Frühjahrsmonaten ausgeprägte Photosynthese-Aktivität beeinflusst und zeigt in diesen Monaten die größte tageszeitliche Schwankungsbreite. Die Temperaturmaxima überschreiten in den Monaten Juli und August mit 23 C den Orientierungswert von 21,5 C. Diese hohen Temperaturen gehen mit minimalen Sauerstoffkonzentrationen einher. Abb : Sauerstoffkonzentration, Wassertemperatur und ph-wert im Jahresverlauf ( bis zum an der Theel an der Knorscheider Mühle. Abfluss und Niederschlag in Lebach. Die stark ausgeprägten Tageszyklen in der Sauerstoffkonzentration sind 2011 bereits im Februar und März zu beobachten (Abb ). Die Sauerstoffkonzentration sinkt bei Regen jedoch lediglich auf ca. 12 mg/l ab auf Grund der noch niedrigen Wasssertemperatur von ca. 6 C. Im April und im Mai 2010 sieht man starke Einbrüche in der Sauerstoffkonzentration bei Regenfällen (Abb ). Dabei fällt die Konzentration auf Werte ab, die deutlich unter dem Minimumkriterium von 7 mg/l liegen (Abb ). 16

22 Abb : Sauerstoffkonzentration, Wassertemperatur und ph-wert im Februar 2011 an der Theel an der Knorscheider Mühle. Abfluss und Niederschlag in Lebach. Abb : Sauerstoffkonzentration, Wassertemperatur und ph-wert im Mai 2010 an der Theel an der Knorscheider Mühle. Abfluss und Niederschlag in Lebach. 17

23 Abb : Sauerstoffkonzentration in Abhängigkeit der Wassertemperatur sowie die Sauerstoffsättigung (1013 mb) und das Minimumkriterium des Orientierungswertes (OWmin) in den Monaten Februar und März 2011 sowie April bis Juni 2010 an der Theel an der Knorscheider Mühle. Die Stickstoffparameter Nitrat und Ammonium zeigen im Jahresverlauf einen starken Konzentrationsanstieg mit Beginn des ersten Hochwasserereignisses (Abfluss ca. 30 m 3 /s) im November Die Nitratkonzentration wird zwar durch die einzelnen hohen Abflussereignisse verdünnt, sie bewegt sich jedoch auf einem deutlich höheren Niveau als in den Sommermonaten (Abb ). Diese Beobachtung kann einerseits auf die geringe Aufnahme von Nitrat durch die Pflanzen und andererseits auch auf die massiven Auswaschungen durch die hohen Wassermengen zurückgeführt werden Die Ammoniumkonzentration steigt ebenfalls mit Beginn der Hochwasserereignisse stark an. Die einzelnen Regenereignisse führen zu den Maximalwerten von ca. 1,5 mg/l Ammonium-Stickstoff. 18

24 Abb : Konzentrationen von Nitrat und Ammonium-N der Theel an der Knorscheider Mühle im Jahresverlauf 2010/11. Niederschlag und Abfluss in Lebach. 19

25 Betrachtet man die zugehörigen Frachten, so wird deutlich, dass sich die Gesamt-Stickstoff- Fracht hauptsächlich aus Nitrat-Stickstoff zusammensetzt und in den Abfluss-reichen Monaten starke Anstiege verzeichnet. Die Strukturierung der Verlaufskurven ist sehr unterschiedlich. Während die Ammoniumkurve bei hohen Abflüssen ein starkes Rauschen zeigt, folgt die Nitratkurve weitgehend ohne Spitzen der Abflusskurve, so dass davon auszugehen ist, dass die hohen Wassermengen ein großes Areal an Nitrat auswaschen und keine weiteren Einträge dazu kommen. In der Ammoniumkurve hingegen beobachtet man viele kleinere und größere Spitzenfrachten, die auf punktuelle Einträge z.b. auf das Anspringen von Regenüberläufen hinweisen. Abb Frachten von Nitrat und Ammonium-N der Theel an der Knorscheider Mühle im Jahresverlauf 2010/11. Niederschlag und Abfluss in Lebach. Betrachtet man die Phosphatkonzentrationen im Jahresverlauf (Abb ), so zeigen sich während der Sommermonate ausgeprägte Konzentrationserhöhungen bei fallendem bzw. niedrigem Gesamtabfluss. Deutlich erkennbar ist dieser Trend im Juni In den Verläufen der Phosphat-Frachten lassen sich diese Anstiege nicht erkennen (Abb ), so dass man davon ausgehen kann, dass dieser Trend auf die fehlende Verdünnung bei Trockenwetter und geringem Abfluss zurückgeführt werden kann. Diese Beobachtungen können zur gleichen Zeit auch am Saubach und an der Ill gemacht werden (s. Kap. 4.2 und Kap.4.3). Vergleicht man die beiden nachfolgenden Abbildungen, so wird deutlich, dass die höchsten Konzentrationen an Gesamt-Phosphat in den Sommermonaten bei kurzen starken Niederschlagsereignissen und die höchsten Frachten bei den höchsten Abflüssen in den Monaten November bis Januar auftreten. 20

26 Abb : Konzentrationen von Gesamt-Phosphat und Ortho-Phosphat der Theel an der Knorscheider Mühle, Abfluss und Niederschlag im Jahresverlauf 2010/11 in Lebach. Hervorhebung einzelner Konzentrationsanstiege. Abb : Frachten von Ortho-Phosphat und Gesamt-Phosphat der Theel an der Knorscheider Mühle, Abfluss und Niederschlag in Lebach im Jahresverlauf 2010/11. 21

27 Die Leitfähigkeit zeigt im Jahresverlauf bei Trockenwetter in den Frühjahrs- und Sommermonaten ebenfalls steile Anstiege, die ebenfalls wie bereits bei den Phosphaten beschrieben auf einen höheren Salzgehalt durch fehlende Verdünnung hinweisen (Abb ). Regenereignisse führen im Sommer immer zu einer Verringerung der Leitfähigkeit. In den Wintermonaten zeigen sich die höchsten Leitfähigkeiten durch den Eintrag von Streusalzen nach Frostperioden. Abb : Leitfähigkeit der Theel an der Knorscheider Mühle, Abfluss und Niederschlag in Lebach im Jahresverlauf 2010/11. 22

28 Der gesamte organische Kohlenstoffgehalt (TOC) nimmt im Sommer bei starken Regenereignissen sehr hohe Werte von über 20 mg/l an (Abb ). Diese hohen Gehalte werden durch starken Oberflächenabfluss bei heftigen Sommerregenfällen bedingt. Abb : Konzentrationen von TOC der Theel an der Knorscheider Mühle, Abfluss und Niederschlag im Jahresverlauf 2010/11 in Lebach. 23

29 Der Trübungsverlauf zeichnet vor allem in den Abfluss-reichen Wintermonaten die Abflusskurve nach. In den Frühjahrs- und Frühsommermonaten hingegen kommt es zu einem erhöhten Trübungsniveau, welches im Verlaufe des Sommers bis hin zum Herbst wieder absinkt und in den Wintermonaten die Ausgangssituation erreicht. Diese höheren Werte im Sommer werden unter anderem durch die zunehmende Phytoplanktonproduktion hervorgerufen. Abb : Trübungsverlauf in der Theel an der Knorscheider Mühle, Abfluss und Niederschlag im Jahresverlauf 2010/11 in Lebach Ergebnisse der manuellen Beprobungen Im Rahmen der Standortsuche und der Einschätzung der Belastungen im Längsverlauf der Bäche wurden manuelle Beprobungen durchgeführt. Dabei zeigt sich an der Theel bereits im Quellbereich eine erhöhte Konzentration an Nährstoffen. So wurden in Theley erhöhte Ammonium- und Phosphatwerte gemessen, die auf kommunale Abwässer hindeuten. Eine Referenzquelle im Wald ist hingegen mit Nitrat belastet. Nach dem Zusammenfluss der Quellen wird vor allem ein hoher Ammoniumgehalt festgestellt, der im weiteren Flussverlauf wieder abnimmt. Der Nitratgehalt ist im unteren Flussbereich, flussabwärts der Illmündung, weitgehend konstant bei einer Konzentration von 4,5 mg/l Nitrat-N. Die Ammonium- und Ortho-Phosphat Konzentrationen zeigen im Längsverlauf eine ähnliche Entwicklung, die sich vor allen aus der Belastung mit kommunalen Abwässern ergibt. Die höchsten Werte für nahezu alle Parameter zeigen sich an der Theel in Lach in unmittelbarer Nähe eines Sägewerkes. Hier werden auch die höchsten TOC-Gehalte gemessen. 24

30 Tabelle 4.1-1: Ergebnisse der manuellen Beprobungen vom im Längsverlauf der Theel Abb : Stickstoffkonzentrationen im Längsverlauf der Theel (manuelle Beprobung vom ). 25

31 Abb : Phosphatkonzentrationen im Längsverlauf der Theel (manuelle Beprobung vom ) Fazit Theel Innerhalb der Vegetationsperiode vom bis zum überschreiten die Mittelwerte von Nitrat, den Phosphaten und von TOC die Orientierungswerte für den Guten Zustand nach der Wasserrahmenrichtlinie. Auch die Parameter Sauerstoff und Temperatur verletzen die vorgegebenen Kriterien. Die ortho-phosphat-werte liegen zu 98% und die Gesamt-Phosphat-Werte zu 100% oberhalb der Orientierungswerte. Die 90 Perzentilwerte betragen 0,4 bzw. 0,5 mg/l. Der Mittelwert für Nitrat ergibt sich zu 11,48 mg/l und liegt damit nur sehr knapp oberhalb des Kriteriums von 11 mg/l. Allerdings besteht eine große Spanne zwischen dem gemessenen Minimum und Maximum. Der Orientierungswert wird von 42% der Werte überschritten. Der 90 Perzentilwert ergibt sich zu 21,16 mg/l. Der Mittelwert von Ammonium-N liegt weit unterhalb des Orientierungswertes, obwohl die gemessenen Maximalkonzentrationen den Mittelwert um mehr als das Zehnfache überschreiten. Der 90 Perzentilwert beträgt 0,4 mg/l. Der Gesamt-Stickstoff verletzt nur wenig das Nitritkriterium, so dass die Sticktoffparameter insgesamt als unkritisch betrachtet werden können. Im Vergleich zu den Werten der Online Messungen aus dem Jahr 2007 zeigt sich eine deutliche Verbesserung hinsichtlich der Stickstoffbelastung. Der TOC-Wert liegt im Mittel mit 6,11 mg/l über dem Orientierungswert. Der 90 Perzentilwert liegt bei 8 mg/l. Nur 0,5 % der ph-werte liegen außerhalb des vorgegebenen Intervalls. 26

32 Tabelle 4.1-2: Mittelwerte, Maxima und Minima der Stundemittelwerte und Orientierungswerte für die Theel an der Knorscheider Mühle ( ) NO 3 (mg/l) NO 2 (mg/l) 10 NH 4 (mg/l) N ges (mg/l) PO 4 -P (mg/l) P ges (mg/l) TOC (mg/l) Mittelwert 11,5 0,164 0,177 3,13 0,295 0,353 6,11 Minimum 4,92 0,039 0,026 1,70 0,045 0,116 2,88 Maximum 21,2 0,421 2,51 6,12 0,688 1,425 25,0 Orientierungswert 11 0,3 0,4 3 0,07 0,1 7 Nitrat-Richtlinie 50 O 2 (mg/l) ph-wert Leitfähigkeit (µs/cm) Temperatur ( C) Mittelwert 10,8 7, ,3 Minimum 0,50 6, ,31 Maximum 17,5 8, ,8 Orientierungswert > 7 6,5 8,5 < 1000 < 21,5 * Nitrit und Gesamt-N wurden etwa alle 8-10 Tage im Labor bestimmt. Die Werte beziehen sich auf den Zeitraum vom bis zum und umfassen eine Gesamtheit von 42 Werten. Vergleicht man die Ergebnisse der Messungen mit denen der Online Messungen aus dem Jahr 2007, die an gleicher Stelle durchgeführt wurden, so ist zu erkennen, dass sich die Stickstoffbelastungen an der Theel deutlich reduziert haben. Dies betrifft alle relevanten anorganischen Stickstofffraktionen und auch die absoluten Minima und Maxima. Diese Verbesserung ist auch vor dem Hintergrund der außergewöhnlichen hydrologischen und meteorologischen Situation innerhalb des Messzeitraumes und dem dadurch hervorgerufenen hohen Mobilisierungsgrad zu sehen und damit umso erstaunlicher. Gerade die Nitratauswaschung in den Wintermonaten führte zu einem hohen Konzentrationsniveau über den Zeitraum von drei Monaten. Die Phosphatbelastung hat sich hingegen leicht erhöht, sowohl hinsichtlich des gelösten Phosphates als auch in Bezug auf die Gesamt-Phosphat-Konzentration. Gründe hierfür liegen vor allem in den starken Oberflächeneinträgen durch kurze aber heftige Starkniederschläge im Sommer, die zu einer Erhöhung des an Partikel gebundenen Phosphates führen. Die dazwischen liegenden Trockenwetterperioden lassen die Konzentration von gelöstem Phosphat ansteigen (vgl. Kap.4.1.1). Die Häufung der starken Niederschläge im Sommer ist auch eine Erklärung für die hohen TOC Werte, die die Messbereichsgrenze von 25 mg/l erreichen und sogar überschreiten. Deshalb verzeichnet man auch in Bezug auf die TOC-Werte eine Verschlechterung gegenüber dem Jahr Die Parameter Sauerstoff, Temperatur und ph-wert haben sich hingegen nur wenig verändert. Das Sauerstoffminimum ist leicht angestiegen ebenso wie die Maximalkonzentration. Die Leitfähigkeit zeigt einen deutlich höheren Maximalwert im Jahr 2010, der auf den Eintrag von Streusalzen zurückgeführt werden kann. 10 Da Ammonium online und im Labor als Ammonium-Stickstoff (NH 4 -N) ermittelt wird, wurden die Ammonium-Gehalte in Text und Abbildungen als Ammonium-Stickstoff (NH 4 -N) dargestellt. Um allerdings eine direkte Vergleichbarkeit mit den entsprechenden Daten von Ministerium und LUA zu ermöglichen, werden die Ammonium-Gehalte im Fazit im Text und in den Tabellen als Ammonium (NH 4 ) beschrieben. 27

33 Tabelle 4.1-3: Mittelwerte, Maxima und Minima der Stundemittelwerte und Orientierungswerte für die Theel an der Knorscheider Mühle ( ) NO 3 (mg/l) NO 2 (mg/l) NH 4 (mg/l) N ges (mg/l) PO 4 -P (mg/l) P ges (mg/l) TOC (mg/l) Mittelwert 14,5 0,22 0,212 4,17 0,249 0,314 4,9 Minimum 7,1 0,07 0,026 2,42 0,058 0,126 1,3 Maximum 24,4 0,51 2,03 6,82 0,680 1,296 17,2 Orientierungswert 11 0,3 0,4 3 0,07 0,1 7 Nitrat-Richtlinie 50 O 2 (mg/l) ph-wert Leitfähigkeit (µs/cm) Temperatur ( C) Mittelwert 9,95 7, ,73 Minimum 0,163 6, ,66 Maximum 15,86 8, ,87 Orientierungswert > 7 6,5 8,5 < 1000 < 21,5 *Alle Parameter außer Nitrit und Gesamt-Stickstoff wurden online ermittelt (grau unterlegt). Nitrit und Gesamt-Stickstoff wurden etwa alle 10 Tage im Labor bestimmt. Der Vergleich der Ergebnisse mit den Werten der Bestandsaufnahme zur Wasserrahmenrichtlinie aus dem Jahr 2006 führt zum gleichen Resultat wie der Vergleich mit den Online Messungen aus dem Jahr Auch hier zeigt sich eine deutliche Verbesserung hinsichtlich der Stickstoffbelastung vor allem auch in Bezug auf die Ammoniumkonzentration. Die Minima bzw. Maxima der Parameter Sauerstoff- und Temperatur können nicht miteinander verglichen werden, da es sich bei den Werten der Bestandsaufnahme um Stichprobenmessungen handelt und somit absolute Minima und Maxima nicht erfasst wurden. Tabelle 4.1-5: Ergebnisse der Bestandsaufnahme im Sinne der Wasserrahmenrichtlinie aus dem Jahr 2006 an der Theel in Knorscheid 28

34 Aus den Stundenmittelwerten der Online Messdaten und den entsprechenden Abflüssen lassen sich die durchschnittlichen Jahresfrachten mit einer hohen Genauigkeit ermitteln. In der folgenden Tabelle sind die berechneten Frachten für die Nährstoffparameter zusammengestellt. Hierbei werden auch die großen Spannweiten zwischen den minimalen und maximalen Werten deutlich, die im Messzeitraum auf die großen Unterschiede im Abfluss zurückgeführt werden können. Vergleicht man die durchschnittlichen Jahresfrachten mit der Summe der Frachten, die sich aus dem Abschlag der an der Theel einleitenden Kläranlagen im Zeitraum 2010 ergeben, so wird deutlich, dass die Fracht des Ammoniumstickstoffs und des Phosphates zu mehr als einem Drittel aus den anliegenden Kläranlagen stammen (Die Kläranlage Sotzweiler, die ebenfalls in die Theel einleitet, kann aufgrund fehlender Daten nicht berücksichtigt werden). Somit kann man davon ausgehen dass diese Werte im Wesentlichen der Grundfracht für Ortho-P und Ammonium entsprechen. Hinsichtlich der Nitratfracht spielen die Abschläge der Kläranlagen nur eine untergeordnete Rolle. Tabelle 4.1-6: Mittel, Minima und Maxima der Stundemittelwerte der Frachten der Theel an der Knorscheider Mühle vom bis Fracht NO 3 NH 4 -N PO 4 -P P ges TOC Mittelwert 28,6 g/s 0,39 g/s 0,48 g/s 0,64 g/s 13,2 g/s Minimum 3,48 g/s 0,00 g/s 0,07 g/s 0,17 g/s 2,49 g/s Maximum 575,3 g/s 8,11 g/s 6,86 g/s 12,0 g/s 364,4 g/s Durchschnittliche Gesamtfracht im Jahr 901 t/a 12,6 t/a 15,2 t/a 20,2 t/a 417 t/a Summe der Frachten der Kläranlagen Bubach- Calmesweiler und Lebach (2010) 11 10,4 t/a 4,4 t/a 5,1 t/a 11 Information Herr Franzen, Daten beruhen auf den Mittelwerten aus vier Beprobungen des LUA im Jahr

35 4.2 Die Ill Beobachtungen und Einzelereignisse Im Einzugsgebiet der Ill werden seit vielen Jahren durch den Zweckverband Illrenaturierung zahlreiche Maßnahmen zur Verbesserung der Struktur und der Gewässerchemie des Flusses und seiner Nebenbäche durchgeführt und dies wird mit einer intensiven Öffentlichkeits- und vor allem Jugendarbeit begleitet. Dennoch unterliegt dieser Raum sowie die darin vorhandenen Gewässer nach wie vor unterschiedlichen Nutzungen. So zeigen sich bei Regenwetterereignissen z.t. starke Spülstöße, die einen sprunghaften Eintrag von kommunalen Abwässern mit hohen Ammonium- und ortho-phosphat-konzentrationen nach sich ziehen. In Abbildung ist ein Beispiel für einen derartigen Spülstoß im Mai 2010 dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass jedes kleine und größere Regenereignis einen Anstieg der oben genannten Parameter zur Folge hat. Abb : Konzentrationsverläufe von Ammonium-N sowie ortho- und Gesamt-Phosphat vom Mai 2010 an der Ill in Eppelborn, Niederschlag in Wustweiler und Abfluss in Eppelborn. Ein besonders deutliches Beispiel für den Einfluss der Kläranlagen-Abläufe konnte auch im Juni 2010 während einer längeren Trockenphase beobachtet werden (s. Abbildung 4.2-2). Die Phosphat-Konzentrationen stiegen bei rückläufigen Abflussmengen im Gewässer über mehrere Wochen kontinuierlich an. 30

36 Abb : Konzentrationsverläufe von ortho- und Gesamt-Phosphat sowie Partikel gebundenem Phosphat vom 8. Juni bis 7. Juli 2010 an der Ill in Eppelborn, Abfluss in Eppelborn. Betrachtet man allerdings die Phosphat-Frachten über den entsprechenden Zeitraum (ohne die Abfluss-Zunahme zu Anfang Juni), so zeigt sich ein konstanter Wert von ca. 0,3 g/s Phosphor (Abb ). Dies ist die Grundfracht, die zum großen Teil auf Grund der Kläranlagen-Abläufe ständig in den Vorfluter gelangt. Abb : Verläufe der Frachten von ortho- und Gesamt-Phosphat sowie Partikel gebundenem Phosphat vom 15. Juni bis 7. Juli 2010 an der Ill in Eppelborn, Abfluss in Eppelborn. 31

37 Darüber hinaus sind bei Regenereignissen jedoch auch Belastungen aus Oberflächeneinträgen zu messen. In Abbildung sind die Parameter dargestellt, die vornehmlich an Partikel gebunden und somit durch Bodenabtragungen in das Gewässer gelangen. Es handelt sich dabei um TOC sowie um Partikel-gebundenes Phosphat (Differenz aus Gesamt-Phosphor und dem gelösten ortho-phosphat). Abb : Konzentrationsverläufe von Gesamt-Phosphat, Partikel gebundenem Phosphat sowie TOC im April 2010 an der Ill in Eppelborn, Abfluss in Eppelborn. In Abbildung sind die Konzentrationsverläufe des an Partikel gebundenen Phosphates, des TOC und des Gesamt-Phosphates gegen den Abfluss im April 2010 dargestellt. Die Parallelität der Verläufe aller Parameter verdeutlicht, dass diese über denselben Mechanismus ins Gewässer eingetragen werden. 32

38 Abfluss [m 3 /s] Abb : Konzentration der Phosphate gegen den Abfuss vom April 2010 an der Ill in Eppelborn. Die Punkte sind in zeitlicher Abfolge miteinander verbunden. Abbildung und verdeutlichen noch einmal die gute Korrelation zwischen dem Eintrag von Partikel gebundenem Phosphat bzw. von TOC und der Trübung am Beispiel August Abb : Konzentration von Partikel gebundenem Phosphat in Abhängigkeit der Trübung vom April 2010 an der Ill in Eppelborn. 33

39 Abb : Konzentration von TOC in Abhängigkeit der Trübung vom April 2010 an der Ill in Eppelborn. 34

40 Bei vielen Regenereignissen, die während der ersten sieben Monate des Messzeitraumes erfasst wurden, ging ein derartiger Eintrag von Oberflächen-relevanten Belastungen mit einer Verdünnung der Nitrat-Gehalte einher (Abb und Abb ). Abb : Konzentrationsverläufe von Nitrat, TOC sowie ortho-, Gesamt- und Partiekl gebundenem Phosphat vom August 2010 an der Ill in Eppelborn, Niederschlag in Wustweiler und Abfluss in Eppelborn. Ab Anfang November konnte dann jedoch ein fast sprunghafter Anstieg der Nitratkonzentrationen verzeichnet werden (Abb ). Obgleich die mittlere Stundensumme der Niederschläge an der Wetterstation Wustweiler für die ersten sieben Monate des Messzeitraumes mit den letzten fünf Monaten (0.090 bzw mm/h) nahezu identisch sind, ist dabei die Wassermenge auf Grund der im Sommer erhöhten Verdunstung und des höheren Wasserverbrauches durch die Vegetation deutlich geringer. 35

41 Abb : Konzentrationsverlauf von Nitrat über den gesamten Messzeitraum an der Ill in Eppelborn, Niederschlag in Wustweiler und Abfluss in Eppelborn. Durch die Zunahme der Abflussmenge ab November erhöht sich bei steigenden Konzentrationen auch die Fracht des Nitrates, das im Gewässer transportiert wird. Es zeigt sich bei der Betrachtung der Frachten deutlich, dass in der Herbstsaison wesentlich mehr Nitrat aus dem Einzugsgebiet ausgetragen wurde (Abb ). In den letzten fünf Monaten ist die Fracht an Nitrat mehr als doppelt so hoch wie in den ersten sieben Monaten. Abb : Verlaufe der Nitrat-N-Fracht über den gesamten Messzeitraum an der Ill in Eppelborn. 36

42 Darüber hinaus zeigen sich ab November bei Regenereignissen deutlich weniger Verdünnungseffekte im Nitratverlauf, hingegen konnten zahlreiche diskrete Konzentrationsanstiege beobachtet werden. In Abbildung ist ein solches Ereignis Anfang Dezember 2010 dargestellt, bei dem die Nitratkonzentration nach anfänglichen 17 mg/l und einer kurzen Verdünnungsphase auf fast 25 mg/l ansteigt. Abb : Konzentrationsverlauf von Nitrat vom 25. November - 9. Dezember 2010 an der Ill in Eppelborn, Niederschlag in Wustweiler und Abfluss in Eppelborn. Der ausgebrachte Stickstoff wird während der Vegetationsphase im Frühjahr und Sommer von den Pflanzen in größerer Menge verwertet und besser im Wurzelraum gebunden. Bei Entnahme der Pflanzen und Rückgang der biologischen Aktivität wird der überschüssige Stickstoff (meist Nitrat) dann im Herbst ausgewaschen. Online-Messungen erlauben neben einer Erfassung von anthropogenen Einträgen auch die Beobachtung von natürlichen Phänomenen und ermöglichen darüber hinaus die Abschätzung der Beeinträchtigungen dieser natürlichen Gegebenheiten durch derartige Einleitungen. In Abbildung sind die tageszeitlichen Schwankungen von Sauerstoff, Wassertemperatur, ph-wert und Trübung während einiger Tage im April wiedergegeben. 37

43 Abb : Verläufe von Sauerstoff, ph-wert, Temperatur und Trübung vom April 2010 an der Ill in Eppelborn. Dabei folgt die Wassertemperatur der tageszeitlichen Erwärmung und erreicht zwischen 17 und 18 Uhr ihr Maximum, gegen 7-8 Uhr ihr Minimum. Die Sauerstoffkonzentration verläuft weniger in Abhängigkeit der Wassertemperatur als der Photosyntheseaktivität der Wasserpflanzen und erreicht ihre höchsten Gehalte bei voller Sonneneinstrahlung um etwa 14 Uhr, ihren niedrigsten Wert gegen 4 Uhr morgens. Der ph-wert zeigt ebenfalls deutliche Tagesschwankungen im Zusammenhang mit der photosynthetischen Produktion und weist die gleichen Zeitspannen auf wie die Sauerstoffkurve. Darüber hinaus ist auch die Trübung durch die Konzentration von Phytoplankton beeinflusst. Allerdings verläuft die Trübungskurve antizyklisch zu der des Sauerstoffes, da das Phytoplankton in der Nacht nicht photosynthetisch aktiv ist und daher von der Trübungsmessung besser erfasst wird. Trägt man die Sauerstoffgehalte als Tageszyklen in Abhängigkeit der Temperatur auf, so zeigt sich, wie stark die Gehalte die physikalische Löslichkeit von Sauerstoff im Wasser überschreiten. Dies ist ein Indiz für die Eutrophierung des Gewässers an dem entsprechenden Standort. In Abbildung ist ersichtlich, dass im Falle der Ill die Eutrophierung des Gewässers eine Rolle für die Qualität spielt. 38

44 Abb : Tageszyklen der Sauerstoffkonzentration in Abhängigkeit der Temperatur im März 2011 an der Ill in Eppelborn. Dieses System erweist sich vor allem dann als labil, wenn durch Regenereignisse (vor allem im Sommer) Trübstoffe eingetragen werden, die die Photosynthese beeinträchtigen und/oder wenn durch Abwassereinleitungen organische Substanzen eingetragen und dann unter hoher Sauerstoffzehrung abgebaut werden. In Abbildung ist ein solches Ereignis im Juli 2010 dargestellt. Die beiden Ereignisse führen dazu, dass innerhalb dieser 14 Tage der kritische Sauerstoffwert von 7 mg/l während 116 Stunden zum Teil erheblich unterschritten wird. 39

45 Abb : Konzentrationsverläufe von Nitrat, Sauerstoff und Ammonium-N sowie der Trübung und Orientierungswert für Sauerstoff 10. bis 25. Juli 2010 an der Ill in Eppelborn. Ein weiteres eindrucksvolles Beispiel für eine solche Situation ist in Abbildung wiedergegeben. Der Starkregen im Juli 2010 führte zudem zu einer erheblichen Verdünnung der Leitfähigkeit Die Sauerstoff-Versorgung des Gewässers war für drei Tage kritisch. Der zweite, kleinere Regenschauer beeinflusste den Sauerstoffgehalt in keiner Weise. 40

46 Abb : Verläufe von Nitrat, Ammonium-N, Sauerstoff, TOC, Leitfähigkeit und Temperatur vom 8. bis 15. Juli bis 2010 an der Ill in Eppelborn, Niederschläge in Wustweiler, Abfluss in Eppelborn Gesamtübersicht über eine Vegetationsperiode Auch in der Übersicht über den gesamten Messzeitraum werden die oben beschriebenen Phänomene zum großen Teil deutlich. In Abbildung sind - neben dem vorgenannten Anstieg der Nitratkonzentrationen im November 2010 zwar einige Ammonium-Spitzen zu erkennen, es zeigt sich aber auch, dass das Grund-Niveau an Ammonium-Stickstoff unter dem Orientierungswert von 0,3 mg/l NH 4 -N liegt. 41

47 Abb : Konzentrationsverläufe von Nitrat und Ammonium-N über den gesamten Messzeitraum, Niederschläge in Wustweiler, Abfluss in Eppelborn. Dabei ist die Fracht an Ammonium-Stickstoff, die im Gewässer transportiert wird, direkt abhängig von den Niederschlägen. Es ist zu bemerken, dass in der wärmeren Jahreszeit die Menge an Ammonium sichtlich geringer ist als im Herbst-/Winterhalbjahr, da durch höhere Temperaturen der Abbau von Ammonium zu Nitrat beschleunigt wird (Abb ). Abb : Ammonium-N-Fracht über den gesamten Messzeitraum, Niederschläge in Wustweiler. 42

48 Gegensätzlich verhält es sich im Bezug auf Phosphat: Hier zeigt sich ab Herbst eine Verdünnung der Phosphat-Gehalte durch die ansteigende Wassermenge, was wiederum auf eine Grundbelastung durch die Kläranlagen-Abläufe schließen lässt (Abb ). Abb : Konzentrationsverläufe von ortho- und Gesamt-Phosphat und TOC über den gesamten Messzeitraum, Niederschläge in Wustweiler, Abfluss in Eppelborn. Die Übersicht der chemisch-physikalischen Parameter zeigt eindrucksvoll die Abnahme der Leitfähigkeit bei Regenereignissen und die Stabilität des ph-wertes. Darüber hinaus werden die jahreszeitlichen, aber auch die tageszeitlichen Temperatur- und Sauerstoff-Schwankungen sichtbar. Besonders deutlich werden auch die Phasen, in denen das Gewässer eine Sauerstoff- Unterversorgung durchläuft (Abb ). 43

49 . Abb : Verläufe von Sauerstoff, ph-wert, Temperatur und Leitfähigkeit über den gesamten Messzeitraum, Niederschläge in Wustweiler, Abfluss in Eppelborn. 44

50 4.2.3 Ergebnisse der manuellen Beprobungen an der Ill Die Ergebnisse der kontinuierlich erhobenen Daten werden auch durch manuelle Beprobungen im Längsverlauf der Ill bestätigt (Tabelle 4.2-1). In Abbildung zeigen sich die Einflüsse der Kläranlagen Wustweiler und Dirmingen im Bezug auf die Ammonium-Belastung. Die Nitritwerte sind gleichbleibend gering, da diese Stickstoff-Fraktion im Gewässer meist nicht sehr stabil ist. Deutlich werden aber auch die hohen Nitrat-Konzentrationen im Quellbereich, welche durch die Kläranlagen-Zuflüsse dann verdünnt werden. Dies weist auf eine latente Belastung des Grundwassers durch die landwirtschaftlichen Einträge der letzten Jahrzehnte hin. Tabelle 4.2-1: Ergebnisse der manuellen Beprobung vom im Längsverlauf der Ill Abb : Stickstoffkonzentrationen im Längsverlauf der Ill (manuelle Beprobung vom ). 45

51 Sowohl für ortho- und Gesamt-Phosphat als auch für TOC zeigt sich das gleiche Bild wie für Ammonium (Abb ). Sind zunächst die Konzentrationen sehr gering (für ortho-phosphat nicht nachweisbar), so steigen die Gehalte nach den Kläranlagen stark an, werden aber dazwischen bzw. danach wieder durch den Zufluss von weniger belasteten Gewässern verdünnt. 1,0 4,0 ortho- und Gesamt-Phosphat [mg/l] 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 ortho-phosphat Gesamt-Phosphat TOC 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 TOC [mg/l] 0,1 0,5 0,0 Ill Quelle Ill in Urexweiler Ill in Hüttigweiler Ill vor Kläranlage Wustweiler Ill nach Kläranlage Wustweiler Ill vor Kläranlage Dirmingen Ill nach Kläranlage Dirmingen Ill Pegel Eppelborn Abb : Konzentrationen von ortho- und Gesamt-Phosphat und TOC im Verlauf der Ill (manuelle Beprobung vom ). Um jenen Einfluss der Zuflüsse besser abschätzen zu können, wurden darüber hinaus einige der Seitenbäche in der Nähe ihrer Mündung in die Ill beprobt (Tabelle 4.2-2). Dabei ließen sich sehr unterschiedliche Verschmutzungs-Grade bei den einzelnen Gewässern feststellen (Abb und Abb ). Während in Welschbach und Wadenbach alle Parameter unterhalb der Orientierungswerte liegen, so können Uchtelbach, Bärenbach, Sellbach, Düsterbach, Alsbach und Klingelfloß diese Kriterien zwar für Ammonium und Nitrit sowie für TOC und Phosphat erfüllen, weisen aber z.t. sehr hohe Nitratgehalte auf. Im Ailsbach zeigten sich darüber hinaus auch hohe Gehalte an TOC und in der Merch sind die Konzentrationen der Phosphate und vor allem von Ammonium sehr auffällig. Daher wurde beschlossen, die Probenehmerstation an der Merch zu installieren, um dort die Ammonium-Gehalte beobachten zu können (s. Kap ) Ill Mündung 0,0 46

52 Tabelle: 4.2-2: Ergebnisse der manuellen Beprobung der Seitenbäche der Ill vom ,4 Nitrit 40 1,2 Ammonium Nitrat 35 1,0 30 Ammonium-N, Nitrit-N [mg/l] 0,8 0, Nitrat-N [mg/l] 15 0,4 10 0,2 5 0,0 Welschbach Wadenbach Merch Uchtelbach Ailsbach Bärenbach Sellbach Düsterbach Alsbach Klingelfloß 0 Abb : Stickstoffkonzentrationen der Seitenbäche der Ill (manuelle Beprobung vom ). 47

53 Abb : Konzentrationen von ortho- und Gesamt-Phosphat und TOC der Seitenbäche der Ill (manuelle Beprobung vom ). 48

54 4.2.4 Ergebnisse der Messungen an der Merch Um den Einfluss der Merch auf die Ill abschätzen zu können, wurde Ende Februar die Probenehmer-Messstation in der Nähe der Mündung der Merch in Illingen aufgestellt. Während des Messzeitraumes konnten bei Regenereignissen Anstiege von Ammonium verzeichnet werden, die auf Einträge aus Kanalisation und Entlastungsbauwerken hinweisen. Dabei zeigt sich eine relative hohe Grundbelastung von etwa 0,3 mg/l Ammonium-Stickstoff. Die Nitratkonzentrationen werden zwar bei Regenereignissen kurzfristig verdünnt, der Gesamt-Trend steigt während des Messzeitraumes jedoch kontinuierlich an (Abb ) Abb : Konzentrationsverläufe von Nitrat und Ammonium-N vom 1. März bis 1. April 2011 an der Merch in Illingen, Niederschläge in Wustweiler. Im März und April 2011 konnten die Tageszyklen des Sauerstoffgehaltes und der Wassertemperaturen besonders gut beobachtet werden (Abb ). Die Sauerstoffkonzentrationen der Merch sind in diesem Zeitraum, trotz des ansteigenden Temperaturtrends, relativ hoch. 49

55 Abb : Verläufe von Sauerstoff und Temperatur vom 1. März bis 12. April 2011 an der Merch in Illllingen, Niederschläge in Wustweiler. Die Betrachtung der Sauerstoffzyklen in Abhängigkeit von der Temperatur zeigt ähnlich wie an der Ill eine deutliche Sauerstoff-Übersättigung des Wassers während des Tages, die im Laufe des Messzeitraumes zunimmt (Abb ). Dies lässt auf eine Eutrophierung der Merch an dieser Stelle schließen. Abb : Konzentrationsverläufe von Sauerstoff gegen Temperatur im März und April 2011 an der Merch in IIllingen. 50

56 4.2.5 Fazit Ill und Merch und Vergleich mit den Ergebnissen der Bestandsaufnahme Ill Während der kompletten Messperiode konnten die Orientierungswerte von 0,07 für ortho- und von 0,1 mg/l für Gesamt-Phosphor nur sehr vereinzelt erreicht werden. Die Gehalte waren meist höher. Die Nitrat-Konzentrationen lagen in 62% der Messungen über dem Qualitätsziel von 11 mg/l Nitrat (NO 3 ). Die Ammonium-Werte übersteigen in 12% das Ziel von 0,4 mg/l (NH 4 ), die TOC- Gehalte in 22% der Messungen das Qualitätsziel von 7 mg/l. Die Sauerstoffgehalte bewegten sich zu etwa 92% über dem kritischen Wert von 7 mg/l. Das Temperatur-Qualitätsziel von 21,5 wird nur in 1% der Messungen überschritten. Der ph-wert überstieg in 20% der Messungen das Qualitätsziel von 8,5, wobei die Untergrenze von 6,5 niemals unterschritten wird.das Qualitätsziel von 1000 µs/cm für Leitfähigkeit wurde jederzeit eingehalten (vgl. Tabelle 4.2-1). Tabelle 4.2-1: Mittel, Minima und Maxima der Stundemittelwerte der Ill in Eppelborn vom bis und Orientierungswerte für den Guten Ökologischen Zustand gemäß Datenblatt Umweltziele/Bewirtschaftungsziele und Grenzwert der Nitrat-Richtlinie NO 3 (mg/l) NO 2 (mg/l) 12 NH 4 (mg/l) N ges (mg/l) PO 4 -P (mg/l) P ges (mg/l) TOC (mg/l) Mittelwert 13,2 0,172 0,149 4,18 0,286 0,339 6,08 Minimum 5,90 0,02 0,002 1,6 0,06 0,091 3,10 Maximum 24,5 0,73 2,58 7,61 0,733 1,32 24,9 Orientierungswert 11 0,3 0,4 3 0,07 0,1 7 Nitrat-Richtlinie 50 O 2 (mg/l) ph-wert Leitfähigkeit (µs/cm) Temperatur ( C) Mittelwert 9,39 8, ,9 Minimum 0,14 7, ,80 Maximum 14,9 8, ,3 Orientierungswert > 7 6,5 8,5 < 1000 < 21,5 Alle Parameter außer Nitrit und Gesamt-Stickstoff wurden online ermittelt (grau unterlegt). Nitrit und Gesamt-Stickstoff wurden etwa alle 10 Tage im Labor bestimmt. Im Vergleich zu den für die Bestandsaufnahme gemäß WRRL durchgeführten monatlichen Messungen an der Ill im Jahr 2006 zeigt sich eine sehr große Übereinstimmung für Phosphat, Nitrat und TOC sowie der Leitfähigkeit. Da vor allem Phosphate und Nitrat im Boden sehr stabile und gut anzulagernde Verbindungen sind, machen sich Veränderungen bei diesen Stoffen weniger schnell bemerkbar, denn es dauert einige Zeit, bis diese Verbindungen aus den Böden ausgewaschen sind. Ammonium wird hingegen schneller abgebaut und reagiert auf Veränderungen mit weniger Verzögerung. Besonders positiv ist daher die sehr viel geringere mittlere Ammonium-Belastung 2010/2011 (0,79 mg/l 2006 und 0,149 mg/l 2010/2011). Diese äußerst deutliche Reduktion des Ammoniums könnte einerseits auf einen höheren Anschlussgrad und eine verbesserte Funktionsfähigkeit von Kläranlagen und Kanalsystemen zurückzuführen sein. Andererseits konnte durch die Spülstöße bei Regenereignissen erkannt werden, dass in diesem Bereich nach wie vor Defizite herrschen. Denkbar ist daher auch, dass im Vergleich zum Jahr 2006 weniger Ammonium-Stickstoff über Gülle-Düngung in das Gewässer gelangte. Die Parameter Sauerstoff, Wassertemperatur und ph-wert werden an dieser Stelle nicht mit den Mittelwerten der Stichproben-Messungen des Jahres 206 verglichen, denn bei den betreffenden Orientierungswerten handelt es sich um Absolut-Werte, die nicht über- bzw. unterschritten werden sollten. Derartige Aussagen können genau genommen jedoch nur mit Hilfe von kontinuierlichen Messungen getroffen werden. 12 im Fazit im Text und in den Tabellen als Ammonium (NH 4 ) beschrieben. 51

57 Tabelle Mittelwerte der monatlichen Stichproben-Messungen im Rahmen der Bestandsaufnahme zur Umsetzung der WRRL im Jahr 2006 an der Ill in Eppelborn Die Kenntnis der Konzentrationen und der Abflussmessungen erlaubt darüber hinaus die genaue Ermittlung der transportierten Menge der erfassten Substanzen über den betreffenden Messzeitraum. Diese sind in Tabelle dargestellt. Tabelle 4.2-3: Mittel, Minima und Maxima der Stundemittelwerte der Frachten der Ill in Eppelborn ( ) sowie die ermittelte Jahresfracht Fracht NO 3 NH 4 -N PO 4 -P P ges TOC Mittelwert 26,2 (g/s) 0,210 (g/s) 0,34 (g/s) 0,43 (g/s) 9,72 (g/s) Minimum 2,73 (g/s) 0,016 (g/s) 0,087 (g/s) 0,143 (g/s) 1,44 (g/s) Maximum 270 (g/s) 4,54 (g/s) 2,88 (g/s) 6,45 (g/s) 187 (g/s) Durchschnittliche Gesamtfracht im Jahr 828 (t/a) 5,16 (t/a) 10,7 (t/a) 13,7 (t/a) 306 (t/a) Summe der Frachten der Kläranlagen Wustweiler und Dirmingen 13 7,15 (t/a) 7,08 (t/a) 7,57 (t/a) Dies ergibt rechnerisch für die Ill in Eppelborn eine durchschnittliche jährliche Stickstofffracht aus Nitrat und Ammonium von ca. 194 t/a. Hinzu kommen jedoch in deutlich geringeren Mengen Stickstoff aus Nitrit und organischen Stickstoff-Verbindungen. Aus den Kläranlagen stammen nach Angaben des LUA 20,3 t/a an Gesamtstickstoff. Allerdings ist bei dem Vergleich zu bedenken, dass die Gesamt-Stickstoff-Frachten aus den Kläranlagen in diesem Falle zu einem Drittel aus Ammonium bestehen, welches im Verlauf des Flusses teilweise abgebaut wird. 13 Information Herr Franzen, Daten beruhen auf den Mittelwerten aus vier Beprobungen des LUA im Jahr

58 Merch Die Online-Messungen wurden an der Merch lediglich von Ende Februar bis Mitte April 2011 durchgeführt und spiegeln somit keine gesamte Vegetationsperiode wider. Es ist daher davon auszugehen, dass die Mittelwerte der Temperatur und des Nitrates innerhalb einer Vegetationsperiode ansteigen würden, ebenso wird in der warmen Jahreszeit natürlich die Wassertemperatur noch erheblich ansteigen, vor allem, da die Merch nicht sehr viel Wasser führt. Tabelle 4.2-4: Mittel, Minima und Maxima der Stundemittelwerte der Merch in Illingen vom bis und Orientierungswerte für den Guten Ökologischen Zustand gemäß Datenblatt Umweltziele/Bewirtschaftungsziele und Grenzwert der Nitrat-Richtlinie NO 3 (mg/l) NO 2 (mg/l) 14 NH 4 (mg/l) PO 4 -P (mg/l) P ges (mg/l) Mittelwert 10,9 0,049 0,307 0,091 0,084 Minimum 5,3 0,026 0,125 0,026 0,047 Maximum 16,4 0,069 0,765 0,468 0,139 Orientierungswert 11 0,3 0,4 0,07 0,1 Nitrat-Richtlinie 50 O 2 (mg/l) ph-wert Leitfähigkeit (µs/cm) Temperatur ( C) Mittelwert 11,9 8, ,14 Minimum 8,93 8, ,67 Maximum 15,2 8, ,9 Orientierungswert > 7 6,5 8,5 < 1000 < 21,5 Nitrat, Sauerstoff, Ammonium und Temperatur wurden online ermittelt (grau unterlegt). Alle anderen Parameter wurden etwa alle 10 Tage im Labor bestimmt. Frachten konnten nicht ermittelt werden, da keine Abflussmessungen an der Merch durchgeführt wurden. Da das Gewässer aber sehr wenig Wasser führt, ist davon auszugehen, dass die Ill durch den Zufluss dieses Nebenbaches nicht sehr beeinträchtigt wird. 14 Da Ammonium von uns online und im Labor als Ammonium-Stickstoff (NH 4 -N) ermittelt wird, wurden die Ammonium-Gehalte in Text und Abbildungen als Ammonium-Stickstoff (NH 4 -N) dargestellt. Um allerdings eine direkte Vergleichbarkeit mit den entsprechenden Daten von Ministerium und LUA zu ermöglichen, werden die Ammonium-Gehalte im Fazit im Text und in den Tabellen als Ammonium (NH 4 ) beschrieben. 53

59 4.3 Der Saubach Beobachtungen und Einzelereignisse Der Saubach wurde als zusätzlicher Untersuchungsraum gewählt, um ein von Kläranlageneinleitungen gänzlich unbelastetes Gewässer im Einzugsgebiet von Theel und Ill als Referenzgewässer für ausschließlich landwirtschaftliche Einflüsse beobachten zu können. Es stellte sich jedoch rasch heraus, dass allein durch die wenigen Hausanschlüsse und durch das in den Ortschaften entlang des Saubaches vorhandene Kanal- und Entlastungssystem das Gewässers stark beeinträchtigt wird. Die folgende Abbildung (Abb ) zeigt an Hand einiger Regenereignisse im Mai 2010 Einträge von Ammonium sowie ortho- und Gesamt-Phosphat. Dabei wird der Nitratgehalt meist stark verdünnt. Dies deutet auf kommunale Eintragsquellen hin. Beachtenswert ist jedoch das Ereignis am 6. Mai, bei dem neben sehr großen Mengen der oben genannten Parameter auch Nitrat eingetragen wird, wobei die Konzentration fast 50 mg/l erreicht. An diesem Tag wurde mit hoher Wahrscheinlichkeit frisch aufgetragener Dünger oberflächlich abgetragen und in das Gewässer gespült. Abb : Konzentrationsverläufe von Ammonium-N, Nitrat, Sauerstoff sowie ortho- und Gesamt- Phosphat vom Mai 2010 am Saubach in Lebach, Niederschlag in Lebach. Besonders erstaunlich ist, dass sich auch bei der Wassermenge im Gewässer während trockener Phasen ausgeprägte Tagesschwankungen zeigen. Auch dies deutet auf starke Beeinflussungen durch kommunale Abwässer hin. Darüber hinaus sind im Beispiel in Abbildung ebenfalls Einträge an Ammonium sowie Verdünnung des Nitrates und die Reduktion des Sauerstoffgehaltes bei Regen zu erkennen. 54

60 Abb : Konzentrationsverläufe von Ammonium-N, Nitrat, Sauerstoff sowie Wasserstand vom Juni 2010 am Saubach in Lebach. Ferner traten jedoch auch Phasen auf, in denen die Belastung an Ammonium sehr hoch war. Zunächst schien dieser enorme Eintrag von Regenereignissen initiiert zu werden. In Abbildung sind auch die durch Eintrag von Trübstoffen und organischer Substanzen ausgelösten Sauerstoffzehrungen zu erkennen. Abb : Konzentrationsverläufe von Ammonium-N und Sauerstoff vom April 2010 am Saubach in Lebach, Niederschlag in Lebach. 55

61 Im Juni und Juli konnte dann allerdings während einer Trockenphase ein sehr langer Zeitraum mit derartigen Ammonium-Spitzen beobachtet werden. Dabei wurden Konzentrationsverläufe mit großer Tagesamplitude verzeichnet, die im Trend immer weiter anstiegen (s. Abb 4.3-4). Darüber hinaus kam es zu immer größer werdenden, ebenfalls tageszeitlich auftretenden Schwankungen des Nitratgehaltes. Die Konzentrationsspitzen der beiden Stickstoff-Verbindungen verliefen dabei zunächst parallel, wobei jeweils ein großes Maximum am frühen Nachmittag und eine kleineres Maximum am Morgen auftrat. Die Zyklen verschoben sich dann allmählich gegeneinander und traten dann gegenläufig auf (Abb ). Abb : Konzentrationsverläufe von Ammonium-N, Nitrat, Sauerstoff sowie Temperatur vom 13. Juni - 7. Juli 2010 am Saubach in Lebach. 56

62 Die Regelmäßigkeit der oben beschriebenen Zyklen ist in der folgenden Abbildung (Abb ) noch einmal verdeutlicht. 0:00 06:00 12:00 18:00 Abb : Tagesverläufe von Ammonium-N und Nitrat am 19., 20. und 21. Juni 2010 am Saubach in Lebach. Auf Grund der erhöhten Ammoniumkonzentrationen im April 2010 wurde die Probenehmer- Station im Mai 2010 am Saubach in Niedersaubach installiert. Ein Vergleich der Messdaten der beiden Stationen zeigte das Ausmaß des Störfalls vom Juni/Juli besonders deutlich (s. Kap ): Über einen Zeitraum von vier Wochen traten ständig ansteigende Schwankungen der Ammonium-Gehalte, aber auch der Phosphat- und der Nitratkonzentrationen auf. Gegen Ende dieser Phase waren die Ammonium-Gehalte so hoch, dass sie von den Analysatoren nicht mehr erfasst werden konnten. 57

63 Abb : Konzentrationsverläufe von Ammonium-N und Nitrat vom 13. Juni Juli 2010 am Saubach in Niedersaubach (NSB) und in Lebach. Auch am Saubach wurde wie an den anderen Untersuchungs-Standorten die Sauerstoff- Produktion durch die Photosynthese innerhalb des Gewässers abgebildet, um einen Eindruck vom Grad der Eutrophierung an dem betreffenden Standort zu erhalten. In der Regel eignen sich die Monate März bis Mai besonders gut für derartige Aufzeichnungen (Abb ). In Phasen ohne Niederschläge werden die Tageszyklen von Wassertemperatur, Sauerstoff und ph-wert sichtbar. Abb : Verläufe von Sauerstoff, ph-wert und Temperatur vom April 2010 am Saubach in Lebach. 58

64 Die Darstellung der Sauerstoffverläufe gegen die Wassertemperatur zeigt, dass sich die Sauerstoffgehalte während des oben dargestellten Zeitraumes meist deutlich über der physikalischen Sättigung bewegten, was auf eine relativ intensive Eutrophierung an dem untersuchten Standort hinweist (Abb ) Abb : Konzentrationsverläufe von Sauerstoff gegen die Temperatur im April 2010 am Saubach in Lebach. Wird die Photosynthese innerhalb des Wassers durch Einträge von Trübstoffen z.b. bei Regenwetter gestört oder die Sauerstoffzehrung durch Einleitung organischer Substanzen erhöht, so kann es zu auch am Saubach zu lang anhaltenden Sauerstoffdefiziten kommen (Abb ). In den beiden dargestellten Beispielen Ende August 2010 lagen die Sauerstoffwerte über 48 bzw. 33 Stunden unter dem Orientierungswert von 7 mg/l (im gesamten August waren es 274 Stunden). 59

65 Abb : Konzentrationsverläufe von Ammonium-N und Sauerstoff sowie der Wasserstand vom August 2010 am Saubach in Lebach, Niederschlag in Lebach. 60

66 4.3.2 Gesamtübersicht über eine Vegetationsperiode Vom 17. Dezember 2010 an war die Station am Saubach auf Grund der Minustemperaturen zugefroren (Abb und Abb. 6.15). Da diese Station wesentlich weiter vom Gewässer entfernt stand als die übrigen Stationen reichte der Druck der Tauchpumpe hier nicht aus, um durch die Wasserbewegung ein Zufrieren des Zulaufschlauches zu verhindern, so dass die Station stillgelegt werden musste. Am 6. Januar musste sie dann wegen des Hochwassers bis 10. Januar 2011 abgeschaltet werden. In der Jahres-Gesamtübersicht zeigt sich, dass (abgesehen von dem Schadensfall im Juni und Juli 2010) der Sauerstoff-Orientierungswert relativ selten für längere Zeit unterschritten wird (Abb ). Auch die Wassertemperatur erreicht nur im Hochsommer ab und zu den kritischen Wert. Der ph-wert bewegt sich insgesamt auf einem niedrigen Niveau, die starken Tages- Schwankungen im Frühjahr sind deutlich zu erkennen und weisen auf einen erhöhten Eutrophierungsgrad in. Die Leitfähigkeit wird durch Niederschläge kurzfristig durch Verdünnung reduziert, und sie erreicht daher auch während der Trockenphase im Juni und Juli die Maximalwerte. Abb : Verläufe von Sauerstoff, ph-wert, Temperatur und Leitfähigkeit sowie der Wasserstand über den gesamten Messzeitraum, Niederschläge in Lebach Auch die Nitratgehalte nehmen bei Regen kurzfristig ab. Sie bewegen sich in den ersten sieben Monaten des Messzeitraumes auf einem offensichtlich niedrigeren Niveau als während der letzten fünf Monate. Die Ammonium-Belastung liegt, trotz geringerer Umsatzraten während der kalten Jahreszeit, allerdings im Herbst und Winter weit unter der im Sommer (s. Abb ). 61

67 Abb : Verläufe von Ammonium-N und Nitrat sowie Wasserstand über den gesamten Messzeitraum, Niederschläge in Lebach In der Übersicht über die Phosphate und TOC wird deutlich, dass diese Einträge zwar auch mit Regenereignissen einhergehen (Abb ). Allerdings ist es sehr erstaunlich, dass angesichts der erwarteten landwirtschaftlichen Belastungen dieses Teil-Einzugsgebietes und der Abwesenheit kommunaler Kläranlagen der Anteil an Partikel gebundenem Phosphat, der in das Gewässer gelangt, relativ gering ist und viel ortho-phosphat eingetragen wird. 62

68 Abb : Verläufe von ortho- und Gesamt-Phosphat und TOC sowie der Wasserstand über den gesamten Messzeitraum, Niederschläge in Lebach Manuelle Beprobungen Am Saubach wurde neben der routinemäßigen Beprobung an der Mündung in Lebach und in Niedersaubach am eine manuelle Probenahme im Längsverlauf des Baches durchgeführt. Die Probenahme fand zu der Zeit statt, als an den Online Messstationen extrem hohe Konzentrationen an Ammonium und Nitrat gemessen wurden. Die Ergebnisse der Messungen sind in der nachfolgenden Tabelle (Tabelle 4.3-1) zusammengestellt und in den folgenden Diagrammen gegenübergestellt. Tabelle 4.3-1: Ergebnisse der manuellen Beprobung am Saubach vom (RB: Rümmelbach, NSB: Niedersaubach) 63

69 Im Bereich Gresaubach werden erhöhte Nitratkonzentrationen gemessen, die auf aktuelle landwirtschaftliche Einträge oder aber auf den Zufluss von nitratbelastetem Grundwasser und damit auf zeitlich zurückliegende Düngemittelauswaschung verweisen (Abb ). Auch die erhöhten TOC-Konzentrationen können ein Indiz für in diesem Fall aktuelle landwirtschaftliche Nutzung sein (Abb ). Im Bereich Rümmelbach steigen die Konzentrationen von Ammonium auf sehr hohe Werte von bereits 5 mg/l an. Ab hier macht sich die Belastung durch kommunales Abwasser bemerkbar. Die Nitratkonzentration ist um nahezu 10 mg geringer als noch in Gresaubach. Der Trend setzt sich fort bis Niedersaubach Antoniusstraße und bleibt dann für die Stickstoffe Ammonium und Nitrat bis zur Mündung nahezu konstant. Die Nitritkonzentration steigt mit der Ammoniumkonzentration an, bleibt jedoch bis zur Mündung auf einem hohen Niveau mit sogar leicht steigender Tendenz. Diese Beobachtung lässt auf unbehandeltes kommunales Abwasser schließen und auf einen teilweisen Abbau des Ammoniums zu Nitrit bzw. auch Nitrat. Wie aus Abbildung zu erkennen ist, werden an der Probestelle Rümmelbach auch erhöhte CSB-Werte und der geringste Sauerstoffgehalt gemessen. Abb : Stickstoffkonzentrationen im Längsverlauf des Saubaches (Ergebnisse der manuellen Beprobung am ). 64

70 Abb : Konzentration des Sauerstoffs, TOC-Gehalte und CSB-Werte im Längsverlauf des Saubaches (Ergebnisse der manuellen Beprobung am ). Die Ortho-Phosphatgehalte zeigen ein ähnliches Bild wie die Ammoniumgehalte im Längsverlauf des Baches. Auch diese Beobachtung weist wiederum auf den Einfluss unbehandelten kommunalen Abwassers hin. Aus Abbildung wird aber auch deutlich, dass im Bereich Rümmelbach das Partikel gebundene Phosphat erhöht ist, was auch wiederum auf unbehandeltes Abwasser hindeutet. Abb : Phosphatkonzentrationen im Längsverlauf des Saubaches (Ergebnisse der manuellen Beprobung am ). 65

71 Die Ergebnisse der manuellen Beprobung zeigen, dass die Eintragsquellen für Ammonium und Nitrat während des Störfallereignisses im Juni/Juli 2010 im Bereich des Rümmelbaches liegen. Die Kombination der auftretenden Parameter deutet wie auch in den online Messungen auf den Eintrag von unbehandeltem kommunalem Abwasser entweder aus dem Kanal direkt oder über ein Entlastungsbauwerk hin Ergebnisse der Messungen am Saubach in Niedersaubach und Vergleich der beiden Standorte am Saubach in Lebach und in Niedersaubach In Ergänzung zu den Messungen in Lebach wurden vom bis zum die Ammonium- und Nitratkonzentrationen in Niedersaubach kontinuierlich gemessen. Hierbei zeigt sich eine große Ähnlichkeit der Konzentrationsverläufe von Nitrat und Ammonium. Der Einfluss der landwirtschaftlichen Nutzung zwischen den beiden Standorten hat nur einen geringen Einfluss auf die gemessenen Konzentrationen von Nitrat. Die gemessenen Maxima treten in Lebach mit einem Zeitversatz von 4-6h auf und sind deutlich verdünnt. Abb : Konzentrationen von Ammonium und Nitrat in Lebach und Niedersaubach(NSB) vom Die Ammoniumkonzentrationen werden auf der Fließstrecke ebenfalls erniedrigt und sind um 4h verschoben. Das Störfallereignis vom bis zum kann an beiden Standorten beobachtet werden. An beiden Messstellen werden die Messbereiche der Analysatoren deutlich überschritten 15. Die Spitzenkonzentrationen werden auf etwa 65% verdünnt. Die Maxima liegen in Niedersaubach um die Mittagszeit zwischen 11:00 und 14:00 Uhr und in Lebach in den 15 Die Messverfahren, die zur Bestimmung von Ammonium verwendet sind unterschiedlich. Die Messbereichsgrenze liegt an der Messstation in Niedersaubach bei 5 mg/l NH 4 -N und in Lebach bei 2 mg/l NH 4 -N. 66

72 Nachmittagsstunden zwischen 15:00 und 18:00 Uhr. Die Nebenmaxima liegen in Niedersaubach bei 03:00 Uhr und in Lebach entsprechend in den frühen Morgenstunden. Betrachtet man die Nitratkonzentrationen, so erkennt man eine deutlich geringere Verdünnung entlang der Fließstrecke im Vergleich zum Ammonium. Bei etwas fallendem Wasserstand steigt die Konzentration sogar etwas an. Die Lage der Konzentrationsmaxima verschiebt sich in Niedersaubach von anfänglich 13:00 auf 21:00Uhr. Abb : Konzentrationen von Ammonium und Nitrat in Lebach und Niedersaubach (NSB) vom Vergleicht man die Konzentrationsverläufe in Lebach und Niedersaubach über den gesamten gemeinsamen Messzeitraum (Abb ), so ist ein paralleler Verlauf der Nitratkonzentrationen mit einzelnen Maxima bei Niederschlägen in den Sommermonaten zu erkennen. Diese Einträge stammen somit aus dem Oberlauf des Saubaches und sind vermutlich auf eine Abspülung von zeitnah ausgebrachtem Mineraldünger zurückzuführen. Abgesehen von diesen Einzelspitzen wird die Nitratkonzentration bei Regenfällen verdünnt. Die Sauerstoffkonzentration in Lebach nimmt zeitgleich mit den Nitratspitzen und Verdünnungen ab. 67

73 Abb : Konzentrationen von Ammonium und Nitrat in Lebach und Niedersaubach (NSB) vom Betrachtet man zusätzlich die TOC Konzentrationen in Lebach (Abb ), so sieht man, dass die Verdünnungen des Nitrates in Lebach gleichzeitig mit einem Anstieg des TOC-Gehaltes einhergehen. Erst in der Folge sind vereinzelte Erhöhungen der Nitratkonzentrationen zu verzeichnen, so dass man hier von einem Nitrateintrag über Zwischenabfluss (Interflow) ausgehen kann. Die Konzentrationsspitzen des TOC treten bei Regenfällen durch verstärkten Oberflächenabfluss auf und gehen mit einer Sauerstoffzehrung einher. Ein gleiches Bild ergibt sich, wenn man die Phosphatkonzentrationen hinzuzieht (Abb ). Auch hier zeigen sich Spitzen der Gesamt-Phosphat-Fraktionen durch Oberflächeneinträge, denen Nitratanstiege folgen. Diese Erhöhungen sind auf den zeitversetzten Interflow-Eintrag zurückzuführen. Aufgrund der vorausgehenden Verdünnung des Nitrates ist eine isolierte Betrachtung dieser Eintragsdynamik nicht möglich. 68

74 Abb : Konzentrationen von Sauerstoff und TOC in Lebach sowie Nitrat in Lebach und Niedersaubach vom Abb : Konzentrationen von Gesamt-Phosphat und Ortho-Phosphart in Lebach sowie Nitrat in Lebach und Niedersaubach (NSB)vom

75 Die nachfolgende Tabelle zeigt die Messergebnisse für den Saubach am Standort Niedersaubach über den gemeinsamen Messzeitraum vom bis zum im Vergleich mit den zur gleichen Zeit gemessenen Konzentrationen in Lebach. Hierbei übertrifft der Mittelwert der Ammoniumkonzentration in Niedersaubach den Mittelwert in Lebach um mehr als das Doppelte. Auch die Nitratkonzentration ist in Niedersaubach höher, so dass die Eintragsquelle für Nitrat oberhalb von Niedersaubach zu suchen ist (vgl. auch Kap.4.3.3). Tabelle 4.3-2: Mittel, Minima und Maxima der Stundemittelwerte des Saubaches in Niedersaubach (NSB)vom bis und Orientierungswerte für den Guten Ökologischen Zustand sowie die entsprechende Konzentrationen aller gemessenen Parameter in Lebach über den gemeinsamen Messzeitraum (grau hinterlegt). NO 3 Lebach (mg/l) NO 3 NSB (mg/l) NH 4 -N 16 Lebach (mg/l) NH 4 -N NSB (mg/l) PO 4 -P (mg/l) P ges (mg/l) TOC (mg/l) Mittelwert 14,41 14,89 1,23 2,93 0,425 0,488 7,15 Minimum 6,74 7,64 <0,020 <0,051 0,090 0,135 4,81 Maximum 18,57 21,19 >2,0 >5,6 1,023 1,368 17,38 Orientierungswert ,3 0,3 0,07 0,1 7 Nitrat-Richtlinie 50 O 2 (mg/l) ph-wert Leitfähigkeit (µs/cm) Temperatur ( C) Mittelwert 5,91 6, ,5 Minimum 1,08 6, ,7 Maximum 9,52 6, ,7 Orientierungswert > 7 6,5 8,5 < 1000 < 21,5 16 Da Ammonium von uns online und im Labor als Ammonium-Stickstoff (NH 4 -N) ermittelt wird, wurden die Ammonium-Gehalte in Text und Abbildungen als Ammonium-Stickstoff (NH 4 -N) dargestellt. Um allerdings eine direkte Vergleichbarkeit mit den entsprechenden Daten von Ministerium und LUA zu ermöglichen, werden die Ammonium-Gehalte im Fazit im Text und in den Tabellen als Ammonium (NH 4 ) beschrieben. 70

76 4.3.5 Fazit Saubach Die Auswertung der während der fast dreizehn Monate erhobenen Daten hat folgendes ergeben (s. Tabelle 4.3-3): Die Nitratgehalte überschreiten in 87% der Messungen den Orientierungswert von 11 mg/l, auch der Jahres-Mittelwert liegt deutlich darüber. Für die Ammonium-Gehalte hingegen wurden nur in 17% der Messungen Überschreitungen festgestellt, der Mittelwert ist mit 0,286 mg/l NH 4 unter dem geforderten Wert von 0,4 mg/l. Die Phosphatkonzentrationen bewegen sich zu fast 50% unter den Orientierungswerten, bei den erfassten Höchstwerten handelt es sich um einmalige Einträge. Dasselbe gilt für den TOC dessen Konzentrationen lediglich in 24% der Fälle den Orientierungswert von 7 mg/l überschreiten und auch im Jahresmittel unter diesem Wert liegen. Die Wassertemperaturen übersteigen nur in Einzelfällen im Hochsommer die kritische Grenze von 21,5 C, wohingegen die Sauerstoff-Gehalte in immerhin 15% unter den geforderten Mimimalgehalt von 7 mg/l liegen. Der ph-wert ist mit 6,71 im Jahresmittel vergleichsweise gering, auch das Miniumum von 6,01 liegt deutlich unterhalb der vorgegebenen Marge von 6,5 8,5. Die Leitfähigkeit erreicht zu keinem Zeitpunkt den Orientierungswert von 1000 µs/cm. Die manuell erhobenen Parameter Nitrit und Gesamt-Stickstoff liegen in den Maxima ebenfalls über den Orientierungswerten. Der Mittelwert von Nitrit überschreitet den Orientierungswert nicht, Gesamt-Stickstoff hingegen weist einen Mittelwert oberhalb des Orientierungswertes von 3 mg/l auf. Tabelle 4.3-3: Mittel, Minima und Maxima der Stundemittelwerte des Saubaches in Lebach vom bis und Orientierungswerte für den Guten Ökologischen Zustand gemäß Datenblatt Umweltziele/Bewirtschaftungsziele und Grenzwert der Nitrat-Richtlinie NO 3 (mg/l) NO 2 (mg/l) 17 NH 4 (mg/l) N ges (mg/l) PO 4 -P (mg/l) P ges (mg/l) TOC (mg/l) Mittelwert 17,3 0,24 0,286 4,18 0,126 0,183 6,38 Minimum 6,1 0,02 0,02 1,61 0,06 0,085 1,58 Maximum 55,4 1,66 2,58 7,61 4,29 2,83 50,1 Orientierungswert 11 0,3 0,4 3 0,07 0,1 7 Nitrat-Richtlinie 50 O 2 (mg/l) ph-wert Leitfähigkeit (µs/cm) Temperatur ( C) Mittelwert 10,02 6, ,23 Minimum 0,37 6, ,56 Maximum 15,28 8, ,9 Orientierungswert > 7 6,5 8,5 < 1000 < 21,5 Alle Parameter außer Nitrit und Gesamt-Stickstoff wurden online ermittelt (grau unterlegt). Nitrit und Gesamt-Stickstoff wurden etwa alle 10 Tage im Labor bestimmt. 17 Da Ammonium von uns online und im Labor als Ammonium-Stickstoff (NH 4 -N) ermittelt wird, wurden die Ammonium-Gehalte im Text und in den Abbildungen als Ammonium-Stickstoff (NH 4 -N) dargestellt. Um allerdings eine direkte Vergleichbarkeit mit den entsprechenden Daten von Ministerium und LUA zu ermöglichen, werden die Ammonium-Gehalte im Fazit im Text und in den Tabellen als Ammonium (NH 4 ) beschrieben. 71

77 4.4 Vergleich der Ergebnisse an Theel, Ill und Saubach Trotz der unterschiedlichen Einzugsgebiete und vermeintlich verschiedener Belastungsquellen konnten bei allen drei Gewässern zum Teil sehr ähnliche Phänomene beobachtet werden. Besonders erwähnenswert ist dabei die Tatsache, dass bei allen drei Gewässern während der Trockenphase im Juni/Juli 2010 zu beobachten war, wie die Phosphat-Gehalte bei abfallendem Wasserstand kontinuierlich anstiegen. Die Frachten bleiben daher konstant, was besonders am Saubach auf die starke Belastung aus Hausanschlüssen hinweist. Darüber hinaus zeigte ich an allen drei Haupt-Standorten auch eine sprunghafte Zunahme der Nitratfracht Anfang November, die von Ill über Saubach zur Theel mit einem zeitlichen Versatz von etwa drei Tagen auftrat. Parallel stellt sich auch die Entwicklung von Ill und Theel im Vergleich zu den Werten der Bestandsaufnahme von 2006 dar: beide Gewässer weisen sehr deutliche Verbesserungen im Bereich der Ammonium-Belastungen auf, die Gehalte der übrigen Parameter haben sich hingegen kaum verändert und zeigen im Vergleich untereinander sehr ähnliche Mittelwerte. (Durch den Schadensfall im Juni/Juli am Saubach wird das Bild der Ammonium-Belastung an diesem Standort etwas verzerrt. Es ist davon auszugehen, dass zumindest der Mittelwert bei normalem Kanal-Betrieb unter dem erhobenen Wert liegt). Im Gegensatz dazu sind allerdings große Unterschiede zwischen den Standorten im Bezug auf die Phosphat-Gehalte. Während die Eintragspfade sich bei allen drei Gewässern gleich darstellen, so liegen diese beiden Parameter an Ill und Theel erwartungsgemäß (wie auch an sehr vielen anderen bisher untersuchten Fließgewässern) immer über den Orientierungswerten, allerdings treten derartige Überschreitungen im Falle des Saubaches nur etwa in der Hälfte der Messungen auf. Auch im Hinblick auf den ph-wert sind Unterschiede zwischen den drei Gewässern zu bemerken: Während das Wasser der Theel ausreichend gepuffert ist, liegen die ph-werte an der Ill oft über dem maximalen Orientierungswert von 8,5, der ph-wert des Saubaches sehr oft unter der Minimal-Grenze von 6,5. Die Leitfähigkeit ist hingegen an allen drei Gewässern sehr ähnlich. Tabelle 4.4-1: Verletzungen der Orientierungswerte und 90 Perzentilwerte von Theel (Knorscheider Mühle), Ill (Eppelborn) und Saubach[Lebach) während des gesamten Messzeitraumes Parameter Sauerstoff < 7 mg/l Verletzung des Orientierungswertes [%] 90 Perzentilwert Theel Ill Saubach 4% 13,75 mg/l 10% 12,83 mg/l 14% 13,44 mg/l ph-bereich (6,5-8,5) 0,5% 19 % (> 8,5) 27% (<6,5) Temperatur Nitrat > 11 TOC >7 mg/l >5 mg/l 21,5 C ortho-phosphat > 0,07 mg/l Gesamt-Phosphat > 0,1 mg/l Ammonium-N > 0,3 mg/l 2% 18,58 C 42% 21,16 mg/l 15% 60% 8,09 mg/l 98% 0,437 mg/l 100% 0,504 mg/l 13% 0,423 mg/l 1% 18,27 mg/l 62% 19,45 mg/l 22% 69% 7,84 mg/l 100 (99,9%) 0,456 mg/l 100 (99,9%) 0,538 mg/l 12% 0,346 mg/l 1% 18,40 C 86% 24,00 mg/l 24% 63% 9,53 mg/l 51% 0,281 mg/l 55% 0,394 mg/l 17% 0,634 mg/l 72

78 5. Fazit und Ausblick Ziel dieser Arbeit war, es den Ist-Zustand der Gewässer Theel, Ill und Saubach im Hinblick auf die Zielsetzung der Wasserrahmenrichtlinie im Einzugsgebiet von Theel und Ill vor Umsetzung der geplanten Maßnahmen festzustellen und zu dokumentieren. Dazu wurden an den entsprechenden Bächen kontinuierliche Messungen der Nährstoffkonzentrationen und der physikalisch-chemischen Parameter durchgeführt. Die Ergebnisse der Messungen von Theel und Ill konnten mit der offiziellen Bestandsaufnahme aus Stichprobenmessungen im Jahr 2006 verglichen werden und an der Theel war darüber hinaus auch ein Vergleich mit den Ergebnissen der online Messung in 2007 möglich. Dabei zeigte sich hinsichtlich der Stickstoffbelastung eine deutliche Verbesserung der Situation, für die Phosphate wurde eine geringe Verschlechterung beobachtet. Die höheren Phosphatkonzentrationen sind dabei wenigstens teilweise auf die bis dato außergewöhnliche Wettersituation mit kurzen und heftigen Starkregenereignissen in den Frühjahrs- und Sommermonaten zurückzuführen. Dadurch setzt ein verstärkter Oberflächenabfluss ein, der mit Phosphaten und TOC belastet ist. Diese Beobachtung wurde an allen drei Fließgewässern gemacht und die Korrelation zwischen den Partikel gebundenen Stoffen wie Trübung, gebundenes Phosphat und TOC zeigt, dass sie über einen gemeinsamen Eintragspfad ins Gewässer gelangen. Die an allen drei Standorten gemessenen hohen Maximalkonzentrationen der organischen Kohlenstoffverbindungen (TOC), die über den normalen Messbereich von 25 mg/l hinausgehen, bestätigt die Behauptung des Auftretens von ungewöhnlich hohen und häufigen Bodenabspülungen zusätzlich. Die extremen Starkregen während der Sommermonate stellen auch die Entlastungsbauwerke wie Regenüberläufe, Regenrückhaltebecken und Kanäle auf die Probe. Dies wird insbesondere an dem zyklischen Auftreten sehr hoher Ammoniumkonzentrationen am Saubach deutlich. Sie spiegeln mit großer Wahrscheinlichkeit die Tageszeit abhängigen Kanalbelastungen wieder. Hier ist zu prüfen, ob die derzeitigen Bauwerke solchen Starkregenereignissen, wie sie laut Klimawandelprognosen in Zukunft gehäuft auftreten werden, gewachsen sind. Des Weiteren könnten Regenwasserentflechtungen weiterhin zu einer Entlastung der Kanalsituation führen. Eine weitere Beobachtung die aufgrund des abflussarmen Sommers gemacht werden konnte, ist eine massive kontinuierliche Konzentrationserhöhung der gelösten Phosphate während fallender oder gleich bleibend niedriger Abflüsse. Da die Fracht in diesem Zeitraum konstant bleibt, ist die Aufkonzentrierung auf die fehlende Verdünnung durch unbelastetes Wasser zurückzuführen. Eine bessere Anbindung des Vorfluters an den Grundwasserkörper könnte hier eine Verbesserung herbeiführen. In einem ersten Schritt würde sich vielleicht schon die Entfernung von Wasserbausteinen, wie sie auf größeren Fließstrecken des Saubaches noch zu finden sind, positiv bemerkbar machen. Eine solche Maßnahme ist für den Herbst 2011 am Saubach bereits geplant. Weiterhin denkbar wäre auch eine Anstauung des Grundwassers, die zu einem erhöhten Zufluss in den Vorfluter und damit zu einer Verdünnung aller problematischen Stoffe dienen könnte. Bei allen diesen Maßnahmen muss natürlich die Unbedenklichkeit des verstärkt zufließenden Wassers gewährleistet sein. 73

79 6. Anhang Tabelle 6-1: Messparameter in der Probenehmerstation am Saubach und an der Merch Parameter Messbereich Messprinzip Sauerstoff gelöst (O 2 ) 0 20 mg/l Optisch (Lumineszenz) Nitrat (NO 3 bzw. NO x -N) 0,1 100 mg/l Optisch (UV-Absorption) Wassertemperatur 0 50 C Widerstandsmessung Ammonium-N 0 5 mg/l Gas-sensitiv/elekrochemisch Abb. 6-1: Probenahmeschrank mit automatischem Probenehmer und Probentopf zur Online-Messung von Nitrat (links). Abb. 6-2: Ammonium-Analysator (innen) und Aufbau der Membran. (Quelle: 74

80 Knorscheid Abb. 6-3: Standort an der Theel in Knorscheid. Abb. 6-4: Messstation am Standort an der Theel in Knorscheid. 75

81 Abb. 6-5: Standort an der Ill in Eppelborn. Abb. 6-6: Messstation am Standort an der Il in Eppelborn. 76

82 Abb. 6-7: Standort am Saubach in Lebach. Abb. 6-8: Messstation und Wasserstandsmessung am Standort am Saubach in Lebach. 77

83 Abb. 6-9: Standort am Saubach in Niedersaubach Illingen Abb. 6-11: Standort an der Merch in Illingen 78

84 Abb. 6-12: Ansicht der Probenehmer-Station, die am Saubach in Niedersaubach und an der Merch in Illingen im Einsatz waren. Abb. 6-13: Probestellen der manuellen Beprobung am Saubach vom

85 Abb. 6-14: Messcontainer am Saubach in Lebach am Abb. 6-15: Messcontainer an der Ill in Eppelborn am Abb. 6-16a: Containerstandort an der Theel in Knorscheid i m März Abb. 6-16b: Containerstandort an der Theel in Knorscheid während des Januarhochwassers. 80