Arbeitsgruppe: Angewandte Geologie & Hydrogeologie Die Beschaffenheit des Grundwassers im landwirtschaftlich genutzten Einzugsgebiet der Wasserfassung Reinberg bei Greifswald (M-V) Name: Erstgutachter: Zweitgutachter: Hannes Schmal Dr. Tammo Meyer Prof. Dr. Maria-Th. Schafmeister
2 Abbildung 1: Lage des Untersuchungsgebiets in Mecklenburg-Vorpommern, (LANDESAMT FÜR INNERE VERWALTUNG MECKLENBURG- VORPOMMERN) verändert durch Hannes Schmal 20 km NE von Greifswald An der B 105 gelegen Im E durch den Greifswalder Bodden begrenzt Landwirtschaftliche Nutzfläche
3 Abbildung 2: Das Untersuchungsgebiet im Detail. Mit den einzelnen GWMS und Br.; (LANDESAMT FÜR INNERE VERWALTUNG MECKLENBURG- VORPOMMERN, verändert durch Hannes Schmal) WW Reinberg 2200 m 3 /d 7 Förderbrunnen (Br. ) 10 Grundwassermessstellen (GWMS )
4 Abbildung 3: Profilschnitt (A/B) von SE nach NW, erstellt mit GeoDIN auf Grundlage der Bohrdaten
5 Datenerhebung Untersuchung der Brunnen durch Aqua Service Schwerin (AQS) Erste Probenahme: Frühjahr 2001 Auswahl der Proben - Kampagne 2002 2007 2012 Für die Bearbeitung ausgewählte Daten: physikochemische Parameter ph-wert, Leitfähigkeit, Temperatur, Sauerstoffgehalt Haupt-Anionen Sulfat, Chlorid, Hydrogenkarbonat, Nitrat Haupt-Kationen Natrium, Kalium, Calcium, Magnesium
6 Histogramme für LF und ph-wert Häufigkeit 10 8 6 4 2 0 Häufigkeitsverteilung der LF aus der Proben-Kampagne Herbst 2012 0-500 501-750 751-1000 1001-1250 und größer LF [µs/cm] Abbildung 4: Histogramm der Leitfähigkeit aus dem Herbst2012 Häufigkeit 20 15 10 5 0 Häufigkeitsverteilung des ph-werts aus der Proben-Kampagne Herbst 2012 0-6,5 6,6-7,0 7,1-7,5 7,6-8,0 und größer ph-wert Abbildung 5: Histogramm des ph- Wertes aus dem Herbst 2012
7 Box-Whisker Diagramm der Ionen Roter Bereich: mittleren 50% der Daten Strich innerhalb der Box: Median Whisker: Ausreißer Abbildung 6: Box- Whisker Diagramm für die An-und Kationen, aller Messstellen aus dem Herbst 2012
8 Schoeller-Diagramm aller Br. und GWMS aus 2012 Konzentration C in meq 100,000 10,000 1,000 0,100 0,010 0,001 Magnesiu m Calcium Natrium Chlorid Hydrog.C arbonat Sulfat Nitrat Brunnen 01 Brunnen 02 Brunnen 03 Brunnen 04 Brunnen 05 Brunnen 06 Brunnen 07 Abbildung 7: Schoeller Diagramm der Brunnen aus dem Herbst 2012 Konzentration C in meq 100,00 10,00 1,00 0,10 0,01 0,00 Magnesium Calcium Natrium Chlorid Hydrog.Car bonat Sulfat Nitrat GWMS 01 GWMS 02 GWMS 03 GWMS 04 GWMS 05 GWMS 06 GWMS 07 GWMS 08 GWMS 09 GWMS 10 Abbildung 8: Schoeller Diagramm der GWMS aus dem Herbst 2012
9 Piper-Diagramme der Br. und GWMS aus 2012 Brunnen Grundwassermessstellen Abbildung 9: Piper Diagramm der Brunnen aus dem Herbst 2012 Abbildung 10: Piper Diagramm der GWMS aus dem Herbst 2012
10 Theoretische Grundlage für die landwirtschaftliche Beeinflussung 14 NO 3- + 5 FeS 2 + 4 H + 7 N 2 + 10 SO 4 2- + 5 Fe 2+ + 2 H 2 O Abbildung 11: im Grundwasserleiter stattfindende Redoxreaktionen zu Beginn der Düngung mit Nitrathaltigem Dünger. Vereinfachte Darstellung.
11 Theoretische Grundlage für die landwirtschaftliche Beeinflussung 14 NO 3- + 5 FeS 2 + 4 H + 7 N 2 + 10 SO 4 2- + 5 Fe 2+ + 2 H 2 O Abbildung 12: Reaktion des Grundwassers auf fehlende Reduktionsmittel. Vereinfachte Darstellung.
12 Verteilungskarten der SO 4 2- und NO 3- Konzentrationen Sulfatkarte Nitratkarte Abbildung 11: Verteilungskarte der Sulfat- Konzentrationen Abbildung 12: Verteilungskarte der Nitrat- Konzentrationen
Nitratabbau 13 Nitrat-Reduktion durch Pyrit Katalysator: Thiobacillus denitrifikans 14 NO 3- + 5 FeS 2 + 4 H + 7 N 2 + 10 SO 4 2- + 5 Fe 2+ + 2 H 2 O NO 3- + 5 Fe 2+ + 7 H 2 O 0,5 N 2 + 5 FeOOH + 9 H + Im Boden existiert ein endlicher, erschöpfbarer und irreversibler Vorrat an Pyrit Abbildung 14: Sulfat und Nitratkonzentration der GWMS 06 über den gesamten Untersuchungszeitraum.
Nitratabbau 14 Nitrat-Reduktion durch Pyrit Katalysator: Thiobacillus denitrifikans 14 NO 3- + 5 FeS 2 + 4 H + 7 N 2 + 10 SO 4 2- + 5 Fe 2+ + 2 H 2 O NO 3- + 5 Fe 2+ + 7 H 2 O 0,5 N 2 + 5 FeOOH + 9 H + Im Boden existiert ein endlicher, erschöpfbarer und irreversibler Vorrat an Pyrit Abbildung 14: Sulfat und Nitratkonzentration der GWMS 06 über den gesamten Untersuchungszeitraum.
Abbildung 15: GWMS 07, in direkter Nachbarschaft zur aktiven Landwirtschaft. 15
16 Chlorid Gehalte Chlorid [mg/l] 58 56 54 52 50 48 46 44 2000 2005 2010 Jahre Abbildung 16: Chlorid-Entwicklung in Br. 05 über die Gesamte Messdauer Chlorid Stetiger Anstieg der Cl - Werte Mögliche Ursachen: Einfluss des Boddens (GWMS09) Intensive Salzstreuung der B105 (GWMS04) Düngung mit KCl (Gesamtfläche) Abbildung 17: Verteilungskarte der Chlorid-Gehalte
17 Folgen der landwirtschaftlichen Nutzung für das Grundwasser Bei gleichbleibender Düngemenge wird in Zukunft das Nitratabbauvermögen vollständig erschöpft sein. Folgen: erhöhte Nitratwerte im Rohwasser, mögliche Verockerung der Filterstrecken, mögliche Mobilisierung von Uran Hohe und schnell steigende Chlorid-Konzentrationen führen zu möglicher Versalzung Genauere Untersuchungen notwendig
18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Ein besonderer Dank an: Herr Zobel Herr Lange Herr Jagnow
Quellen 19