Online-Überwachung von at risk -Gewässern im Saarland Leuk Juli 2006 bis September 2007

Transkript

1 Online-Überwachung von at risk -Gewässern im Saarland Juli 2006 bis September 2007 Dipl. Chem. Dr. Christina Klein, Dipl. Geogr. Angelika Meyer, Prof. Dr. Horst P. Beck Universität des Saarlandes; Institut für Anorganische und Analytische Chemie u Radiochemie Postfach ; Saarbrücken; Tel.: ;

2 Einleitung Die wurde in der Bestandsaufnahme der Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) als at-risk eingestuft und läuft somit Gefahr den geforderten Guten Zustand bis 2015 nicht zu erreichen (s. Abbildung 1). Abbildung 1: Karte der at-risk -Gewässer im Saarland Aus diesem Grunde wurde im Einzugsgebiet der ein umfangreiches Messprogramm erstellt, welches neben den regelmäßigen manuellen Beprobungen auch kontinuierliche Messungen (in zeitlichen Abständen von 5 bis zehn Minuten) relevanter Schadstoffe umfasst (s. Abbildung 2). Diese sogenannten Online Messungen zeigen die Dynamik der Einträge auf und lassen Rückschlüsse auf die Herkunft der Schadstoffe zu. 3 2 Unterste Stegmühle Oberleuken 1 Abbildung 2: Standorte der Online-Messstationen im Einzugsgebiet der Eft 1 1

3 Sauerstoff Die Bedeutung des Sauerstoffs: Gelöster Sauerstoff ist lebenswichtig für die meisten Organismen in aquatischen Ökosystemen. Gewässer benötigen in der Regel mindestens 4 mg/l Sauerstoff, um die Artenvielfalt aufrecht zu erhalten. Gelöster Sauerstoff wird im Gewässer sowohl durch Photosynthese gebildet als auch aus der Luft absorbiert, wobei die Löslichkeit des Sauerstoffs mit steigender Temperatur abnimmt. Die Sauerstoffgehalte ändern sich daher in Abhängigkeit von Wetterlage und Temperatur und zeigen daher starke tages- und jahreszeitliche Schwankungen. Die Einleitung von warmem Wasser (z.b. Rückläufe aus Kühlwassersystemen) kann daher durch eine Temperaturerhöhung des Flusswassers zu einer Verringerung des Sauerstoffgehaltes führen. Sauerstoffkonzentrationen sind aber auch vom Flussverlauf abhängig, denn je turbulenter das Wasser fließt desto mehr Sauerstoff kann aus der Luft absorbiert werden. Flussbegradigungen können so durch das Fehlen von Turbulenzen Sauerstoffdefizite verursachen. Weiterhin bedingen auch zahlreiche biologische und biochemische Prozesse, welche Sauerstoff produzieren oder verbrauchen, dessen Gehalt im Wasser. Insbesondere bei der mikrobiologischen Zersetzung wird sehr viel Sauerstoff verbraucht. Der Sauerstoffgehalt der : Die Sauerstoffkonzentrationen der sind im gesamten Flussverlauf hoch. Lediglich am 24. und 25. Juni 2007 wurden an der Untersten Stegmühle sehr geringe Sauerstoffwerte erfasst. Da dies mit einem Anstieg des Ammonium- und des Phosphatgehaltes einhergeht, kann von einer kurzfristigen Einleitung Sauerstoff zehrender Substanzen ausgegangen werden. Im übrigen Messzeitraum bewegen sich die Gehalte an der Unterste Stegmühle zu 90% über dem Mindest-Orientierungswert von 7 mg/l, in Oberleuken wird dieser Wert sogar nur in 6% der Messungen unterschritten. Auch die manuellen Messungen an der Station Eft zeigen mit einem Minimalwert von 7 mg/l eine gute Sauerstoffversorgung des Gewässers (vgl. Tabelle 1, 2 und 3). Ein Vergleich der kontinuierlich gemessenen Sauerstoffgehalte mit den ph-werten und den Temperaturen veranschaulicht die natürliche Tag-Nacht-Dynamik des Gewässers mit Konzentrationsspitzen am (späteren) Nachmittag. Auch die generelle Abnahme der Sauerstoffkonzentrationen mit steigenden Temperaturen ist deutlich zu erkennen (Abbildung 3). Bei Regenereignissen werden diese Schwankungen jedoch verwischt und der Sauerstoffgehalt nimmt ab (Abbildung 3 und 4). Dies ist zum einen dadurch bedingt, dass mit den Niederschlägen Feststoffe in das Gewässer gespült werden und dadurch die Photosyntheseaktivität aufgrund ansteigender Trübung zurückgeht. Andererseits können auch organische Verunreinigungen ins Wasser gelangen, welche unter Zehrung von Sauerstoff wieder zersetzt werden. Temperatur Die Bedeutung der Wassertemperatur: Die Temperatur hat einen großen Einfluss auf die chemischen, physikalischen und biologischen Prozesse. So wird die Löslichkeit des Sauerstoffs in Wasser entscheidend durch die Temperatur beeinflusst (s. oben) und chemische Reaktionen werden durch eine Temperaturerhöhung im Allgemeinen beschleunigt. Die Wassertemperatur der : Die Wassertemperatur wurde lediglich am Standort Unterste Stegmühle ermittelt. Dort liegt sie im Mittel bei 11,7 C und somit deutlich unter dem Orientierungswert von 20 C. Dieser 2 2

4 Wert wird nur in vereinzelten Messungen währen der Sommermonate leicht überschritten (Maximum 20,6 C; vgl. Tabelle 3). Allerdings ist zu bedenken, dass die an diesem Standort bereits eine längere Strecke durch den Wald zurückgelegt hat und somit beschattet ist. Da das Gewässer vor dem Standort Oberleuken vornehmlich durch Ortslagen und landwirtschaftliche Flächen fließt, ist anzunehmen, dass das Wasser gerade hier etwas höhere Wassertemperaturen aufweist. Wie auch beim Sauerstoff lassen sich in der Temperaturkurve Tagesschwankungen erkennen (s. Abbildung 3). ph-wert Die Bedeutung des ph-wertes: Der ph-wert von Oberflächengewässern hängt sehr stark von deren geologischen Untergrund ab. Flüsse, die durch saures Gestein fließen, haben normalerweise einen geringeren ph-wert als Gewässer mit alkalischem Untergrund. Dennoch unterliegt der ph-wert auch natürlichen Schwankungen, die insbesondere in den Sommermonaten deutlich zu Tage treten. Diese Tatsache ist vor allem auf die Photosyntheseaktivität der Wasserpflanzen zurückzuführen. Um anhand des ph-wertes Rückschlüsse auf mögliche Einleitungen (kommunaler oder industrieller Art) ziehen zu können, muss die Dynamik des ph-verlaufes genau beobachtet werden, was ausschließlich mit kontinuierlichen Messungen möglich ist. In Gewässern mit geringer Pufferkapazität, d.h. in kalkarmen Gebieten und in gering belasteten Gewässeroberläufen, kann es auch durch Einträge Säure bildender Schadstoffe wie Schwefeldioxid oder Stickoxide zu einer Absenkung des ph-wertes und damit zur Versauerung des Flusses kommen. Der ph-wert beeinflusst eine Reihe von chemischen Reaktionen. So bedingt er u.a. die Lage des Ammonium/Ammoniak-Gleichgewichtes: bei steigendem ph-wert wird das Gleichgewicht in Richtung des Ammoniaks, welches auf Fische und andere aquatische Organismen toxisch wirkt, verschoben. Andererseits führt eine Versauerung 1 der Gewässer zur Lösung von Metallen, welche natürlicherweise im Untergrund vorhanden sind und ebenfalls toxisch für die Lebewesen sind. Daher wird durch eine starke Verschiebung des ph-wertes der Fischbestand und insgesamt die Artenvielfalt aquatischer Ökosysteme gefährdet, denn die meisten Spezies sind nicht in der Lage, sich den veränderten Bedingungen anzupassen [UBA]. Der ph-wert der : Die an allen drei Standorten erhobenen ph-werte bewegen sich im Orientierungsbereich zwischen 6,5 und 8,5. Da der größte Teil des saarländischen Einzugsgebietes der durch Keuper- und Muschelkalkformationen geprägt ist, welche einen hohen Kalkgehalt aufweisen, liegt der ph-wert des Wassers meist im leicht basischen Bereich (im Mittel in Eft 7,58, in Oberleuken 7,81 und an der Untersten Stegmühle bei 8,11; vgl. Tabelle 1, 2 und 3). Durch diesen naturräumlich bedingten hohen Kalkgehalt verfügt das Gewässer auch über eine hohe Pufferkapazität, so dass nur sehr geringe Schwankungen des ph-wertes zu verzeichnen sind. Auch im Tag-Nacht-Verlauf zeigen sich nur geringe Oszillationen (s. Abbildung 3). Zudem gibt es im Einzugsgebiet der keine industriellen Einleitungen, welche oft sehr geringe oder sehr hohe ph-werte aufweisen und so negativen Einfluss auf den ph-wert des Gewässers nehmen. 1 In den letzten Jahren wurde in den meisten Gewässern, aber auch in vielen Böden hauptsächlich aufgrund des Sauren Regens eine Abnahme des ph-wertes verzeichnet. 3 3

5 Leitfähigkeit Die Bedeutung der Leitfähigkeit: Die Leitfähigkeit des Wassers geht auf dessen Gehalt an Elektrolyten zurück und ist ein Maß für den Gehalt an gelösten Salzen (je mehr gelöste Salze desto höher die Leitfähigkeit). Freie Wasserstoff- und Hydroxidionen führen zu hohen Leitfähigkeiten, so dass sich ein direkter Zusammenhang hoher Leitfähigkeiten mit hohen und niedrigen ph-werten ergibt. Die Leitfähigkeit ist aber auch vom geologischen Untergrund abhängig. So findet man in Muschelkalkgebieten Leitfähigkeiten von weit über 1000 μs/cm, im Buntsand hingegen liegen die Werte deutlich niedriger (um 400 μs/cm). Bei starken Regenereignissen nimmt die Leitfähigkeit im Allgemeinen ab, da Regenwasser selbst geringe Werte (ca. 100 μs/cm) aufweist und eingespülte, wenig belastete Bodenwässer hauptsächlich ungelöste Stoffe mit sich führen. Ein starkes Ansteigen der Leitfähigkeit kann auf anthropogene, also vom Menschen stammende Einträge wie häusliche und industrielle Abwässer hindeuten. Deshalb kann auch die Leitfähigkeit als Indikator für Einleitungen dienen. Die Leitfähigkeit der : Die oben beschriebenen geologischen Gegebenheiten im Einzugsgebiet der beeinflussen auch die Leitfähigkeit des Gewässers. In der ist daher natürlicherweise eine mittlere Leitfähigkeit zu verzeichnen (im Mittel in Eft 680 µs/cm, in Oberleuken 682 µs/cm und an der Untersten Stegmühle bei 508 µs/cm; vgl. Tabelle 1, 2 und 3). Der Orientierungswert von 1000 µs/cm wird nicht einmal von den Maximalwerten überschritten. Bei Regenereignissen nimmt die Leitfähigkeit durch die Verdünnung der Salzfracht ab (s. Abbildung 3 und 4). Leitfähigkeit (µs/cm) Sauerstoff, ph-wert, Temperatur ( C), Niederschlag (mm/h) Zeit Abbildung 3: Leitfähigkeit, ph-wert, Sauerstoff, Temperatur (Station Unterste Stegmühle), April

6 Leitfähigkeit (µs/cm) Sauerstoff, ph-wert, Niederschlag (mm/h) Zeit Abbildung 4: Leitfähigkeit, ph-wert, Sauerstoff (Station Oberleuken), Mai 2007 Nitrat Die Bedeutung des Nitrates: Nitrat ist ein wichtiger Pflanzennährstoff und deshalb in vielen Mineraldüngern enthalten. Da Nitrat sehr gut wasserlöslich ist, wird es bei Regen ausgewaschen oder gelangt über die Bodenpassage ins Grundwasser und in die Gewässer. Dadurch wird einerseits das Trinkwasser, andererseits aber auch die Fließgewässer gefährdet, da es zum Algenwachstum beiträgt (Eutrophierung). Nitrat selbst ist für den Menschen nicht gesundheitsschädlich. Körpereigene Bakterien reduzieren jedoch das Nitrat zu Nitrit, was vor allem bei Säuglingen zur Blausucht führen kann. Außerdem können sich durch Umsetzung von Nitrit mit Aminen (Bestandteile von Eiweißstoffen in Lebensmitteln) Nitrosamine bilden, die ein hohes kanzerogenes Potential aufweisen. Aus diesem Grund ist vor allem die Verschmutzung des Grundwassers mit Nitrat von großer Bedeutung. Der Nitratgehalt der : Nitrat stellt im Einzugsgebiet der die größte Beeinträchtigung für die Gewässergüte dar. Die mittleren Nitratkonzentrationen überschreiten den geforderten Orientierungswert von 11 - mg/l NO 3 (fast) um das Dreifache, in Eft sogar um das Fünffache (vgl. Tabelle 1, 2 und 3). Besonders auffällig ist, dass sich die Konzentrationen im Quellbereich (Eft) relativ konstant im Bereich von etwa 60 mg/l bewegen und bei Regen z.t. stark verdünnt werden, jedoch fast parallel zum Rückgang des Wasserstandes sehr schnell wieder auf die Basislinie (ca. 60 mg/l) ansteigen (s. Abbildung 5). 5 5

7 Abbildung 5: Nitrat, Wasserstand (Station Eft) sowie Niederschlag (Wetterstation Hellendorf), Juli 2007 Darüber hinaus sind die Nitratgehalte in Quellnähe deutlich höher als die der anderen Stationen. Die Konzentrationen nehmen im Gewässerverlauf stark ab und zeigen auch an den übrigen Stationen eine Verdünnung bei Regen (s. Abbildung 6). Nitrat Wasserstand (cm), Niederschlag (mm/h) Nitrat Zeit Wasserstand (cm) Zeit Abbildung 6: Nitrat (Stationen Eft, Oberleuken und Unterste Stegmühle) sowie Wasserstand (Eft und Unterste Stegmühle), Juli 2007 Da also bei Regen keine Einträge von Nitrat, sondern im Gegenteil eine Verdünnung zu erkennen ist, ist die Nitratverschmutzung aus der derzeitigen landwirtschaftlichen Nutzung im Verhältnis zur Grundbelastung eher unbedeutend. Daher lässt sich schließen, dass aufgrund 6 6

8 der intensiven Landwirtschaft und der damit verbundenen hohe Nitrateinträge über Düngemittel das Grundwasser bereits in der Vergangenheit stark belastet wurde. Hinzu kommt, dass in diesem Bereich das Nitratrückhaltevermögen der Böden eher gering ist, denn die Wasserspeicherkapazität (Feldkapazität) im Einzugsgebiet der ist weitestgehend gering und die Böden neigen zudem zur Bildung von Trockenrissen und zu Staunässe 2. Diese Faktoren bedingen einen geringen Nitratrückhalt in den einzelnen Bodenschichten, so dass das aufgebrachte Nitrat relativ ungehindert ins Grundwasser gelangen kann. Die Ergebnisse der Beprobungen anderer Quellen in diesem Gebiet 3 zeigen aber auch, dass im Gegensatz zu den Grundwasserströmen in den landwirtschaftlichen Gebieten, welche sehr stark mit Nitrat belastet sind, die Quellen in Waldbereichen kaum Nitrat aufweisen. Abbildung 7 zeigt die im Laufe der letzten 10 Jahre beprobten Punkte, Abbildung 8 gibt ein Beispiel für die unterschiedliche Belastung der Quellen in Waldgebieten und in landwirtschaftlichen Bereichen (grüne Flächen kennzeichnen die Waldgebiete, die übrigen Flächen sind fast ausschließlich landwirtschaftlich genutzt, die blauen Pfeile geben die angenommene Strömungsrichtung des Grundwassers an). Quelle Gliederbach Quelle Faha Quelle bei USM Quelle Kesslingen Eft-Hell. Pegel 11 Eft-Hell. Versuchs -bohrung Eft-Hell. Pumpstation Quelle Waldbach Quelle Fischerbach Quelle WUNEF ( ) LUA ( ) Eigene Beprobung ( ) Abbildung 7: Beprobungen von Quellen im Einzugsgebiet der (1998 bis 2007) 2 Vgl. FETZER, K.D., DRESCHER-LARRES, K., WEYRICH, J. (2002): Karte des Nitratrückhaltevermögens der Böden des Saarlandes; Landesamt für Umweltschutz, Saarbrücken 3 Weitere Beprobungen an Quellen wurden vom Landesamt für Umwelt und Arbeitsschutz sowie im Rahmen des WUNEF-Projektes durchgeführt (vgl. hierzu BRUCH, I. ; KUBINIOK, J.; NEUMANN, B.; SIEGL, A. (2001): Wasser- und Nährstoffhaushalt im Einzugsgebiet kleiner Fließgewässer auf repräsentativen Flächen im ländlichen Raum des Saarlandes als Grundlage für angepasste kommunale Abwasser- und Regenwasserbehandlungskonzepte WUNEF : Abschlussbericht, Institut für Biogeographie / Physische Geographie und Umweltforschung, Universität des Saarlandes, Saarbrücken) 7 7

9 Pegel 11: 3 mg/l Nitrat Quelle Fischerbach: ca. 60 mg/l Nitrat Versuchsbohrung: ca. 40 mg/l Nitrat Quelle : ca. 60 mg/l Nitrat Pumpstation: ca. 69 mg/l Nitrat Abbildung 8: Beispiel für die Nitratgehalte von Quellen im Einzugsgebiet der Eine Reduktion der Nitratbelastung ist nur möglich, wenn sich die Grundwasserkörper langfristig regenerieren können, d.h. wenn so wenig Nitrat wie möglich durch den Boden nach unten gelangt und die Nitratkonzentrationen durch weniger stark belastetes Wasser verdünnt werden. Ammonium, Nitrit und Gesamtstickstoff Die Bedeutung von Ammonium, Nitrit und Gesamtstickstoff: Ammonium und Nitrit sind (ebenso wie Nitrat) anorganische Stickstoffverbindungen. Obwohl die Atmosphäre zu 78% aus elementarem Stickstoff besteht und obwohl Stickstoff wie Phosphor für die Photosynthese unverzichtbar ist, hat dieses Gas für die Produktivität aquatischer Systeme ursprünglich keine Bedeutung, denn nur wenige Bakterien sind in der Lage, Stickstoff für den biologischen Stoffwechsel zu binden und so für andere Organismen zugänglich zu machen. Anthropogene (meist organische) Stickstoffeinträge führen deshalb zu einem Anstieg an biologisch verwertbarem Stickstoff, der wie das Phosphat eine Überproduktion an Biomasse (Eutrophierung) nach sich zieht. Die Ammonium- und Nitritkonzentrationen sind in unverschmutzten Gewässern sehr gering. In der Regel wird ein Anstieg der Gehalte durch kommunale oder industrielle Einleitungen bedingt. Zwar sind beide Komponenten auch in organischen Düngern (wie z.b. Gülle) enthalten, werden allerdings unter Anwesenheit von Sauerstoff sehr schnell umgesetzt 4. Beide Substanzen reagieren bei der Ausbringung auf Felder (Düngung) mit dem Luftsauerstoff, so dass der Großteil des Stickstoffes zu Nitrat umgewandelt wird. Aus diesem Grund können Ammonium und Nitrit kaum als diffuse, d.h. über die Fläche eingetragene Belastung nachgewiesen 4 Zunächst wird das Ammonium von sogenannten Nitrifikanten (z.b. Nitrosomas-Bakterien) zu Nitrit oxidiert. Bakterien wie z.b. Nitrobacter oxidieren das entstandene Nitrit weiter zum Endprodukt Nitrat (s.u.). Diesen Vorgang bezeichnet man als Nitrifikation. 8 8

10 werden, sie eignen sich jedoch sehr gut als aussagekräftige Indikatoren für punktuelle Einleitungen wie z.b. Regenüberläufe etc.. Der Ammoniumgehalt der : Die Ammoniumgehalte liegen im Mittel an jedem Standort deutlich unter dem Orientierungswert von 0,4 mg/l NH 4. Die manuellen Beprobungen in Oberleuken und Eft ergaben auch bei den Maxima keine Überschreitungen dieses Wertes. Die Online-Messungen an der Untersten Stegmühle jedoch zeigen in den Maximalwerten hohe Übertretungen des Orientierungswertes (vgl. Tabelle 1, 2 und 3). Dies gilt jedoch nur für etwa 1% der Daten, denn die Ammoniumgehalte nehmen kurzfristig stark zu und fallen dann sehr rasch wieder ab. Da diese Konzentrationsanstiege fast immer mit Niederschlägen einhergehen (s. Abbildung 9), können sie sowohl aus Regenüberläufen der kommunalen Kanalisation als auch von Auswaschungen aus mit Gülle gedüngten Flächen stammen. Ammonium Niederschlag (mm/h) Zeit Abbildung 9: Ammonium (Station Unterste Stegmühle) und Niederschlag (Station Weiten), 25. Februar bis 07. März 2007 Der Nitritgehalt der : Nitrit wurde an den drei Standorten etwa alle 10 Tage im Labor ermittelt. Im Gegensatz zu Nitrat, welches die höchste Konzentration im Quellbereich aufweist, ist der mittlere Nitritgehalt in Oberleuken am höchsten (vgl. Tabelle 1, 2 und 3). Dennoch liegen alle Mittelwerte unter dem Orientierungswert von 0,3 mg/l NO 2 -. Die Maximalwerte überschreiten an allen drei Stationen diesen Wert deutlich, allerdings in Eft nur in 5%, an der Untersten Stegmühle in 3% der Fälle, hingegen traten die Überschreitungen in Oberleuken in fast 30% der Messungen auf (s. Abbildung 10). Das Nitrit gelangt vornehmlich im Gebiet oberhalb von Oberleuken in das Gewässer und wird im weiteren Flussverlauf verdünnt bzw. abgebaut. Es kann aus den kommunalen Kläranlagen stammen (aus den beiden überalterten Anlagen in Eft 9 9

11 und Hellendorf, welche sich oberhalb von Oberleuken befinden), oder auch in Form von Gülle in größeren Mengen ins Gewässer geleitet werden. Orientierungswert Zeit Abbildung 10: Nitrit (am Standort Oberleuken) vom 25. Juli 2006 bis 03. September 2007 Der Gesamt-Stickstoffgehalt der : Da das Nitrat den mit Abstand größten Anteil des Gesamt-Stickstoffes im Wasser der darstellt, weist dieser Parameter dieselbe Verteilung auf wie das Nitrat. Der Orientierungswert von 3 mg/l Stickstoff wird nur beim Minimalwert an der Untersten Stegmühle eingehalten (vgl. Tabelle 1, 2 und 3). Die Mittelwerte liegen um ein Vielfaches über diesem Wert. Am höchsten ist dabei die Stickstoffkonzentration in Eft, im Flussverlauf nimmt sie immer weiter ab und ist an der Untersten Stegmühle am geringsten. Phosphat Die Bedeutung des Phosphatgehaltes: Phosphor ist ein wesentliches Element für die Photosynthese. Aufgrund seines geringen natürlichen Vorkommens in Oberflächengewässern stellt es einen sogenannten Minimumfaktor dar, d.h. er limitiert das Pflanzenwachstum und folglich den Gehalt an organischer Substanz in aquatischen Ökosystemen. Eine anthropogen bedingte Erhöhung der Phosphorkonzentration (z.b. durch Einleitung häuslicher und industrieller Abwässer oder durch Auswaschung von Phosphat-Düngern) führt deshalb im Wasser zu übermäßigem Pflanzenwachstum und so zu einer Überproduktion an organischem Material. Dieses Phänomen wird als Eutrophierung bezeichnet (s. oben). Im Laufe der Zeit stirbt das angefallene Material ab und wird von aeroben Mikroorganismen zersetzt. Der hohe Sauerstoffverbrauch während dieser Zersetzungsphase kann im Gewässer zu anaeroben Bedingungen mit all ihren negativen Konsequenzen führen (s. oben). Phosphor wird üblicherweise als Ortho-Phosphat und Gesamt-Phosphat gemessen. Ortho- Phosphat entspricht dem gelösten anorganischen Phosphatanteil und stammt hauptsächlich aus häuslichen und industriellen Einleitungen (Bestandteil von Waschmitteln etc.). Der Gesamt-Phosphat-Gehalt wird nach Aufschluss der Wasserprobe erhalten und umfasst zusätzlich auch den an Partikel gebundenen Phosphor. Gerade der Phosphor, der beim 10 10

12 Düngen auf die Felder ausgebracht wird, ist an Bodenpartikel gebunden und kann bei Regenfällen über Bodenabtragung ins Gewässer gelangen. Daher ist die Differenz zwischen Ortho-Phosphat und Gesamt-Phosphat eines der wichtigsten Anzeichen für diffuse (flächenhaft eingetragene) Verschmutzung, während der Gehalt an Ortho-Phosphat wertvolle Hinweise auf Einträge aus Punktquellen geben kann. Der Phosphatgehalt der : Die Phosphat-Belastung im Quellbereich der (Eft) ist relativ gering. An den beiden anderen Standorten überschreiten die Mittelwerte die Orientierungswerte deutlich, bei Gesamt-Phosphat liegen selbst die Minimalwerte darüber (vgl. Tabelle 1, 2 und 3). Während die Ortho-Phosphat-Konzentrationen (gelöstes Phosphat) bei Regenereignissen nahezu stagnieren, steigt hauptsächlich der Gehalt an Gesamt-Phosphat (also vornehmlich der Anteil des an Partikel gebundene Phosphat) an. Dies bedeutet, dass Phosphat bei Regen über Bodenteilchen abgeschwemmt wird und so ins Gewässer gelangt. Die Belastungen stammen daher hauptsächlich aus landwirtschaftlichen Düngern. Ein Vergleich mit der Trübungskurve zeigt dies besonders deutlich (s. Abbildung 11). TOC Die Bedeutung des TOC: Der TOC-Wert (Gesamter organischer Kohlenstoff) ist der Summenparameter, mit welchem die Konzentration aller organischen Substanzen (gelöst und an Partikel gebunden) als Kohlenstoff angegeben werden kann. Alle Gewässer enthalten eine Vielzahl organischer Kohlenstoffverbindungen natürlichen (z.b. Algen, Huminsäuren etc.) oder anthropogenen Ursprungs (organische Abwässer). Obwohl somit bei den Messungen auch natürliches TOC erfasst wird, liefert der TOC-Gehalt dennoch wertvolle Informationen über eventuelle Einleitungen organischer Abwässer und dient generell als Indikator für organische Verschmutzung 5. Der TOC-Gehalt der : Ähnliches wie für Phosphat gilt auch für TOC. Während die Belastungen im Quellbereich sehr gering sind und wenige Schwankungen ausweisen, liegen die Mittelwerte in Oberleuken und an der Unterste Stegmühle über dem Orientierungswert (vgl. Tabelle 1, 2 und 3), die Maxima übertreten ihn um ein Vielfaches. Da auch TOC mit Bodenpartikeln ins Gewässer gespült wird, zeigen sich die Konzentrationsanstiege wie bei Gesamt-Phosphat bei Regen (s. Abbildung 11). 5 Der TOC kann weiter unterteilt werden in den POC (Particulate Organic Carbon, gebundener organischer Kohlenstoff), den VOC (Volatile Organic Carbon, flüchtiger organischer Kohlenstoff) und den DOC (Dissolved Organic Carbon, gelöster organischer Kohlenstoff). Letzterer ist die wichtigste Komponente des TOC und dient oft dazu, verschiedene Wässer vergleichen zu können. Neben der organischen Form kann der Kohlenstoff auch in anorganischer Form z.b. als Hydrogencarbonat oder Carbonat vorliegen. Dieser wird über den sogenannten TIC (Total Inorganic Carbon, Gesamter anorganischer Kohlenstoff) bestimmt, hat aber keine so große Aussagekraft für Oberflächengewässer wie der TOC

13 Orhto- und Gesamt-Phosphat /mg/l) TOC, Trübung (FNU), Niederschlag (mm/h) Zeit Abbildung 11: Ortho- und Gesamt Phosphat, TOC und Trübung (Station Unterste Stegmühle) und Niederschläge (Station Weiten), 25. Februar bis 07. März 2007 Fazit Da das Einzugsgebiet der hauptsächlich durch kalkhaltigen Untergrund geprägt ist, verfügt das Gewässer über einen basischen ph-wert und relativ hohe Leitfähigkeit. Meist herrscht eine gute Sauerstoffversorgung. Nitrat stellt im Einzugsgebiet der die größte Gefährdung für die Gewässergüte dar, denn das Gewässer ist schon im Quellbereich stark mit Nitrat belastet. Die Konzentrationen liegen hier im Bereich von etwa 60 mg/l. Auch bei Regenfällen beobachtet man nur eine sehr kurzfristige Verdünnung. Quellen und Brunnen in Waldgebieten hingegen sind nicht mit Nitrat verschmutzt. Nitratauswaschungen über Zwischenabfluss (sog. Interflow) können aufgrund der hohen Basiskonzentrationen nicht beobachtet werden. Zudem wird der Nitratgehalt der wird im Flussverlauf durch unbelastete Zuflüsse verdünnt. Im Bezug auf Ammonium und Nitrit sind an der auch Einflüsse von kommunalen Kläranlagen zu verzeichnen, wobei beide Parameter im Mittelwert keine Gefährdung darstellen, besonders Ammonium aber nach Regenfällen z.t. kurzfristig stark ansteigen kann. Besonders in Oberleuken zeigen diese Parameter starke Konzentrationsschwankungen, welche evtl. von den Kläranlagen in Eft und Hellendorf herrühren könnten. Die Phosphatgehalte im oberen Bereich der sind als unkritisch zu bewerten, im Verlauf des Flusses werden jedoch große Mengen an Phosphat eingetragen, so dass die beim Übertritt nach Rheinland-Pfalz die Orientierungswerte auch in den Minimalwerten unterschreitet. Die Belastungen stammen dabei aus diffusen Verschmutzungsquellen (Oberflächenabspülungen)

14 Tabelle 1: Mittel, Minima und Maxima der Stundemittelwerte der in Eft vom bis NO 3 NO - 2 * NH 4 * N ges * PO 4 -P * P ges * TOC* O 2 * ph- Wert* LF* (µs/cm) Mittelwert 59,3 0,081 0,034 14,0 0,067 0,092 1,77 9,39 7, Minimum 16,1 0,020 0,010 12,2 0,04 0,038 1,00 7,00 7, Maximum 61,2 0,526 0,088 16,9 0,121 0,214 2,80 10,6 8, Orientierungswert 11 0,3 0,4 3 0,07 0,1 5 > 7 8,5 < ,5 * Alle Parameter außer Nitrat wurden etwa alle 10 Tage im Labor bestimmt. Die Werte beziehen sich auf den Zeitraum vom bis Tabelle 2: Mittel, Minima und Maxima der Stundemittelwerte der in Oberleuken vom bis NO 3 O 2 ph- Wert LF (µs/cm) NO - 2 * NH - 4 * N ges * PO 4 -P* P ges * TOC* Mittelwert 32,9 9,30 7, ,262 0,086 8,06 0,123 0,234 7,63 Minimum 9,73 3,59 6, ,138 0,025 3,32 0,049 0,106 2,58 Maximum 52,8 13,5 8, ,549 0,277 13,2 0,266 0,585 22,5 Orientierungswert 6,5 11 >7 8,5 <1000 0,3 0,4 3 0,07 0,1 5 * Ammonium, Nitrit und Gesamt-Stickstoff sowie TOC und Phosphat wurden etwa alle 10 Tage im Labor bestimmt. Die Werte beziehen sich auf den Zeitraum vom bis Tabelle 3: Mittel, Minima und Maxima der Stundemittelwerte der an der Untersten Stegmühle vom bis NO 3 NH 4 PO 4 -P P ges TOC O 2 ph- LF Temp NO - 2 * N ges * Wert (µs/cm) ( C) Mittelwert 28,2 0,035 0,195 0,249 5,92 11,3 8, ,7 0,192 6,76 Minimum 10,9 0,020 0,036 0,120 1,17 0,151 7, ,18 0,010 1,34 Maximum 40,6 2,24 0,721 1,19 36,5 14,5 8, ,6 1,445 10,6 Orientierungswert 11 0,4 0,07 0,1 5 > 7 6,5 8,5 < 1000 < 20 0,3 3 * Nitrit und Gesamt-Stickstoff wurden etwa alle 10 Tage im Labor bestimmt. Die Werte beziehen sich auf den Zeitraum vom bis Erläuterung zu den Tabellen: NO 3 - : Nitrat NH 4 + : Ammonium NO 2 - : Nitrit N ges : Gesamt-Stickstoff PO 4 -P: ortho-phopshat P ges : Gesamt-Phosphat O 2 : Sauerstoff LF: Leitfähigkeit Temp: Temperatur 13 13