Infotext (Powerpointpräsentation)

Nitrat im Grundwasser in der Gemeinde Vettweiß (im Einzugsgebiet des Wasserwerks Lüxheim) Konzentrationsniveau, räumliche Verteilung und Ursachen Dr. Nils Cremer Haupt- und Finanzausschuss der Gemeinde Vettweiß 14.05.2018 Gliederung  Grundwasserströmungssituation in Vettweiß  Zusammenhang zwischen Flächennutzung und Grundwasserbeschaffenheit  Nitrat im Grundwasser  EG-WRRL (landesweit bzw. Tätigkeitsbereich des Erftverbands)  räumliche Verteilung in Vettweiß  Fokus auf das Einzugsgebiet des Wasserwerks Lüxheim  zeitliche Entwicklung an ausgewählten Messstellen, Trends  Herkunft / Ursachen  Fazit 2  Ausblick / Handlungsoptionen Grundwasserströmungssituation in Vettweiß WW Lüxheim 3 Zusammenhang zwischen Flächennutzung und Grundwasserbeschaffenheit Welche Auswirkungen hat der Messstellenausbau auf das Analysenergebnis? 4 Zusammenhang zwischen Nitratkonzentration und Flächennutzung 80 Nitrat [mg/l] 70 60 59 50 40 34 25 30 20 10 hohes NitratKonzentrationsniveau im Einflussbereich landwirtschaftlicher Nutzung 0 Anteil an am Nitrateintrag [%] Landwirtschaft 5 100 90 80 70 Wald Stadt 83 83 % des Nitrats stammen aus der Landwirtschaft ! 60 50 40 30 20 6 10 0 Landwirtschaft Wald 11 Stadt (gesamtes Tätigkeitsgebiet des Erftverbands, Datenbasis ca. 1000 Messstellen) Chemischer Zustand des Grundwassers in NRW aufgrund der Nitratbelastung guter Zustand schlechter Zustand signifikant steigender Trend ErftverbandsTätigkeitsbereich 6 EG-WRRL - Chemischer Grundwasserzustand - Nitrat  Ergebnis der 2. Bestandsaufnahme guter Zustand 1. und 2. BA schlechter Zustand 1. und 2. BA Wechsel vom guten in den schlechten Zustand von 1. zur 2. BA Vettweiß 7 Nitrat im Grundwasser Übersichtskarte Vettweiß Nitrat [mg/l] < BG - 10 > 10 - 25 > 25 - 50 > 50 - 100 > 100 8 Nitrat im Grundwasser Detailbetrachtung Wasserwerk Lüxheim 9 Bohrprofil und Ausbauplan einer Grundwassermessstelle (948271/2) 1. Grundwasserstockwerk Tonhorizont (stockwerkstrennend) lokal verbreitetes 2. Grundwasserstockwerk Tonhorizont (stockwerkstrennend) 10 Bohrprofil und Ausbauplan einer Grundwassermessstelle (948271) Ausbildung eines lokalen Grundwasserstockwerks ohne hydraulischen Kontakt zum oberflächennahen Grundwasser 11 Anthropogen unbeeinflusste Grundwasserbeschaffenheit der Messstelle 948271     12 lokales zweites Grundwasserstockwerk hydraulisch getrenntes System kein anthropogener Einfluss für Bewertung der Stoffeinträge irrelevant Nitrat im Grundwasser Detailbetrachtung Wasserwerk Lüxheim 13 Randbedingungen WW Lüxheim (Hydrogeologie, Flächennutzung, Datenlage)  Vergleichsweise einheitliche geologische Situation  Gleichbleibende Aquifermächtigkeiten meist um 15 m (Schwankung zwischen 10 m und 20 m)  Flurabstände meist zwischen 5 m und 7 m (am NW-Rand des Schutzgebietes Abnahme auf 1 m; Kelzer Flutgraben)  Hohe Durchlässigkeiten des Grundwasserleiters  Vergleichsweise schnelle „Reaktionszeit“ des Grundwassers  Einheitliche Flächennutzung durch Landwirtschaft  Hohe Zahl und repräsentative Verteilung von Grundwassermessstellen mit langen Messreihen 14 (18 Messstellen mit aktuellen Analysen ab 2015) Nitrat im Rohwasser der Brunnen Detailbetrachtung Wasserwerk Lüxheim  signifikant steigender Trend seit Beginn der Messreihe (45 Jahre)  signifikant steigender Trend bei Betrachtung eines bestimmten Zeitintervalls 15 Nitrat im Grundwasser Detailbetrachtung Wasserwerk Lüxheim 16 Nitratkonzentrationen des Grundwassers Messstelle 40460 Abstich: Filtertiefe: GW-Alter: 17 ca. 5 m 10 - 12 m ca. 10 Jahre Nitratkonzentration signifikant steigend kein Nitratabbau Flächennutzung: Landwirtschaft Nitratkonzentrationen des Grundwassers Messstelle 997421 Abstich: Filtertiefe: GW-Alter: 18 ca. 7 m 11 - 13 m ca. 10-15 Jahre Nitratkonzentration signifikant steigend kein Nitratabbau Flächennutzung: Landwirtschaft Nitratkonzentrationen des Grundwassers Messstelle 40889 Abstich: Filtertiefe: GW-Alter: 19 ca. 9 m 8 - 11 m ca. 10 Jahre Nitratkonzentration signifikant steigend kein Nitratabbau Flächennutzung: Landwirtschaft Nitratkonzentration in Abhängigkeit vom NÜberschuss und der Höhe der GW-Neubildung 20 Quelle: Wolter, R. 2016 (UBA) Zusammenfassende Trendbetrachtung 40456 60,2 40452 70,8 40484 72,6 40892 70,0 40460 62,4 40466 57,6 40453 70,8 40457 58,0 948161 69,0 Messstellen Grundwasser Rohwasser 997421 89,0 40888 94,0 21 40889 210,7 40891 81,5 40485 73,5 Nitrat [mg/l] 0 - 10 > 10 - 25 > 25 - 50 > 50 Trend signifikant steigend gleichbleibend signifikant fallend Nitrat im Grundwasser Zusammenhang mit Mischwassereinleitstellen? unter bestimmten Voraussetzungen innerhalb des Einzugsgebietes gelegen in jedem Fall außerhalb des Einzugsgebietes gelegen 22 Nitrat im Grundwasser Zusammenhang mit Mischwassereinleitstellen?  Mischwassereinleitung (viel Niederschlagswasser, wenig Schmutzwasser)  im Niederschlagsfall, d. h. hohe Verdünnung  maximal 10 % bis 20 % des eingeleiteten Wassers versickern (über eine lange Strecke)  zwei Einleitstellen liegen bei Vollausschöpfung des Wasserrechts innerhalb des Einzugsgebietes (bei heutiger Förderkonstellation keine einzige)  das eingeleitete Wasser weist aufgrund der Verdünnung geringe Nitratkonzentrationen auf (keine Messwerte aus Vettweiß, Vergleichswerte liegen bei bis zu 20 mg/l) 23  der mögliche Beitrag von Mischwassereinleitungen zur Nitratfracht ist vernachlässigbar Fazit (1/2)  Erhöhtes Nitrat-Konzentrationsniveau zwischen 58 mg/l und 210 mg/l im oberflächennahen Grundwasser des Schutzgebietes Lüxheim (Vettweiß: 0 mg/l bis 210 mg/l)  Im Grundwasser sind die Nitratkonzentrationen überwiegend signifikant steigend, lokal gleichbleibend  Punktuell niedrige Werte < 10 mg/l Nitrat kommen durch die Ausbildung eines lokalen zweiten Grundwasserstockwerks zustande  Im Rohwasser betragen die Nitratwerte etwa 70 mg/l bei signifikant steigendem Trend  Keine Hinweise auf Nitratabbau (ggf. Bachniederungen) 24  Mischwassereinleitungen leisten keinen nennenswerten Beitrag zur Nitratsituation Fazit (2/2)  Siedlungsbedingte Nitrateinträge spielen unter Berücksichtigung der Lage des Einzugsgebietes bei der aktuellen Förderkonstellation ebenfalls keine Rolle  Hauptursache hoher Nitratwerte im Grundwasser sind Einträge aus der Landwirtschaft  Für das hohe Nitrat-Konzentrationsniveau sind Standortfaktoren (z. B. eine geringe Grundwasserneubildungsrate) ebenso relevant wie Bewirtschaftungsfaktoren (Anbaukulturen, Stickstoffdüngung, Stickstoffentzug, Intensivierung)  Die landwirtschaftlich-wasserwirtschaftliche Kooperation hat nicht zu einer Verbesserung der Nitratsituation des Grundwassers geführt 25  Ohne weitergehende Maßnahmen sind weiter steigende Nitratkonzentrationen zu erwarten Ausblick / Handlungsoptionen  Ermittlung der Belastungsursachen (standortbedingte Ursachen vs. bewirtschaftungsbedingte Ursachen) : Tiefensondierungen zur Ermittlung der tatsächlichen Nitratbelastung des Sickerwassers auf repräsentativen Flächen : Ermittlung der Zusammenhänge zwischen Bewirtschaftung und Nitratbelastung (unter Berücksichtigung der Daten aus der Kooperation wie Anbaukulturen, Stickstoffdüngung, Stickstoffentzüge) mit anonymisierter Darstellung der Ergebnisse : Vergleich mit langjährigen Untersuchungen der Grundwasserbeschaffenheit zur Plausibilisierung : Besseres Systemverständnis : Möglichkeit zur Optimierung der Beratung : Versachlichung der Diskussion : Unabhängiger Sachverständiger ohne lokalen Bezug : Orientierung an DVGW-/DWA-Regelwerk 26  Vorgaben zur N-Reduktion auf verpachteten Gemeindeflächen (kurzfristig)  Neuausweisung der Wasserschutzzone 27 Möglichkeiten der Effizienzkontrolle von Maßnahmen zur GW-schonenden Bodennutzung 28 Möglichkeiten der Effizienzkontrolle von Maßnahmen zur GWschonenden Bodennutzung 29 Möglichkeiten der Effizienzkontrolle von Maßnahmen zur GW-schonenden Bodennutzung 30 Durchführung Tiefensondierungen Möglichkeiten der Effizienzkontrolle von Maßnahmen zur GW-schonenden Bodennutzung 31 Ergebnis Tiefensondierungen Nitratkonzentrationen des Grundwassers Messstelle 40485 Abstich: Filtertiefe: GW-Alter: 32 ca. 7 m 5 - 14 m ca. 7 - 12 Jahre Nitratkonzentration signifikant steigend kein Nitratabbau Flächennutzung: Landwirtschaft Vergleich der Nitratentwicklung innerhalb und außerhalb von Kooperationsgebieten Nitrat [mg/l] 80 60 40 innerhalb Kooperationsgebiet außerhalb Kooperationsgebiet 20 Differenz [mg/l] 0 33 1995 2000 2005 2010 1995 2000 2005 2010 10 8 6 4 2 0 - 186 Messstellen - jeweils etwa 50 % innerhalb bzw. außerhalb von Kooperationsgebieten gelegen - jede Messstelle wurde zwischen 1995 und 2013 mindestens einmal jährlich beprobt Nitratkonzentration in Abhängigkeit von N-Überschuss und Grundwasserneubildungsrate N-Überschuss Grundwasserneubildung Nitratkonzentration 34 [kg N/(haa)] [mm/a oder l/(m2a)] [mg/l] 100 300 148 60 300 88 34 300 50 Rechengang: 100 kg N/(haa) / 10.000 = 0,01 kg N/(m2a) Umrechnung ha in m2 0,01 kg N/(m2a) * 1.000.000 = 10.000 mg N/(m2a) Umrechnung kg in mg 10.000 mg N/(m2a) * 4,4258 = 44.258 mg NO3-/(m2a) Umrechnung N in NO344.258 mg NO3-/(m2a) / 300 l/(m2a) = 147,5 mg/l Berechnung Konzentration (Masse / Volumen) Zusammenhang zwischen Nitratkonzentrationen und beobachteten Nitratabbauprozessen 140 120 Nitrat [mg/l] 100 80 kein Nitratabbau Nitratabbau unklar Nitratabbau gesichert, Abbauprozess unklar Nitratabbau gesichert, organotrophe Denitrifikation Nitratabbau gesichert, organotrophe Denitrifikation vermutet Nitratabbau gesichert, lithotrophe Denitrifikation Nitratabbau gesichert, lithotrophe Denitrifikation vermutet Nitratabbau gesichert, organotrophe und lithotrophe Denitrifikation vermutet 60 40 20 0 betrachtete Wassergewinnungsstandorte (n = 102) 35 Fördermengen in den einzelnen Horizonten einschließlich der Anteile der Nitratabbauprozesse 102 Standorte 14 Standorte 7 Standorte 1 Standort 2 Standorte 2 Standorte 60 4 Standorte 80 32 Standorte 100 4 Standorte 120 2 Standorte organotrophe Denitrifikation lithotrophe Denitrifikation Nitratabbau gesichert, Abbauprozess unklar Nitratabbau unklar kein Nitratabbau 34 Standorte Fördermenge [Mio. m3/a] 140 40 20 n ei st ge st oz de en eg Li Fe lig s/ O un D 11 36 än 6B 6D 7 8 9B d 10 B 11 s bi 19 ge sa m t 12 0 Saldo der landwirtschaftlichen N-Gesamtbilanz in Bezug auf die landw. Nutzfläche - Deutschland 37 Grundwasser – oberes Stockwerk - Golfplatz 38 geologischer Schnitt Vettweiß-Soller 39