Stoffeinträge in Gewässer

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Fließgewässer
Quelle: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Die Güte der Gewässer in Deutschland hat sich in den letzten Jahrzehnten erheblich verbessert. Trotzdem gelangen auch weiterhin viele Stoffe in die Gewässer. Eine Verminderung der Einträge ist zwingend. Woher kommen die Belastungen? Wo sind sie am höchsten? Welche Maßnahmen sind effizient? Um diese Fragen zu klären, sind geeignete Werkzeuge für eine ganzheitliche Betrachtung notwendig.

Inhaltsverzeichnis

 

Stoffeinträge in die Gewässer – notwendige Informationen für die Politik

Informationen zu Stoffeinträgen in die Gewässer bilden eine Grundlage zur Planung von Maßnahmen, z.B. um die EU Wasserrahmen- und die EU Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie umzusetzen. Auch für die Arbeiten zu den Abkommen zum Schutz von Ost- und Nordsee (HELCOM – Helsinki Kommission, OSPAR – Oslo-Paris-Kommission) sind diese Informationen für eine effiziente Reduzierung der stofflichen Einträge unverzichtbar.

Die Europäische Union (EU) hatte sich mit der Wasserrahmenrichtlinie (2000/60/EG) vorgenommen, für alle Gewässer bis 2015 einen guten ökologischen und chemischen Zustand zu erreichen. Das Ziel hat Deutschland deutlich verfehlt (siehe „Ökologischer Zustand der Fließgewässer“ und „Chemischer Zustand der Fließgewässer“). Um bis zum Ende des kommenden Bewirtschaftungszeitraumes (2027) die anspruchsvollen Ziele zu erreichen, müssen auch die Einträge von Nährstoffen und Chemikalien zum Teil noch deutlich gesenkt werden. Um wirksame Minderungsmaßnahmen zu initiieren, müssen die Herkunft der Stoffe (Quellen), ihre Verwendung und Eintragspfade in die Gewässer sowie die Eintragsmengen bekannt sein.

Die Meere können zu Senken für viele der in den Flüssen transportierten Stoffe werden. Für den Schutz der Meere hat die EU mit der Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie (MSRL, 2008/56/EG) auch Vorgaben für Nährstoffe und einige Chemikalien verankert. Deutschland hat sich verpflichtet, Einträge dieser Stoffe über die Flüsse weiter zu reduzieren. Hierfür ist eine ganzheitliche Betrachtung aller Oberlieger und der dort verursachten Belastungen notwendig, denn Messwerte im Gewässer geben noch keine Auskunft über die Herkunft der Belastungen.

 

Stoffeinträge – deutschlandweit quantifizieren (modellieren)

Das ⁠UBA⁠ verwendet für die deutschlandweite Quantifizierung der Stoffeinträge in die Gewässer die Regionalisierte Pfadanalyse. Sie liefert Aussagen zu den wichtigsten Eintragspfaden. Die Stoffeinträge werden dabei zeitlich und räumlich differenziert abgebildet. Dieser Ansatz ist komplex und erfordert eine Vielzahl an Informationen. Im Ergebnis können überregional Eintragsschwerpunkte und die wichtigsten Eintragspfade für die Umsetzung von Maßnahmen identifiziert werden. Als Werkzeug verwendet das UBA das Modell MoRE (Modelling of Regionalized Emissions) .

Abbildung 1. Schematische Darstellung des methodischen Ansatzes der regionalisierten Pfadanalyse beziehungsweise der Eintragspfade des Modellinstrumentes MoRE (Quelle: Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Wasser und ⁠Gewässerentwicklung⁠ (IWG))

Abbildung 1. Schematische Darstellung des methodischen Ansatzes der regionalisierten Pfadanalyse beziehungsweise der Eintragspfade des Modellinstrumentes MoRE
Abbildung 1. MoRE

Schematische Darstellung des methodischen Ansatzes der regionalisierten Pfadanalyse beziehungsweise der Eintragspfade des Modellinstrumentes MoRE

Quelle: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
 

Das Modell MoRE

MoRE wurde als Open Source Werkzeug im Auftrag des ⁠UBA⁠ entwickelt. Es basiert methodisch auf dem Modellkonzept MONERIS (Modelling Nutrient Emissions in River Systems).
Das Modell umfasst als Eintragspfade punktuelle Einleitungen (Punktquellen) und diffuse Eintragspfade.
Als Punktquellen gelten:

  • Kommunale Kläranlagen,
  • Industriebetriebe mit betriebseigenen Kläranlagen
  • Altbergbaustandorte (nur relevant für Metalle).

Informationen zu Nährstoffeinträgen aus kommunalen Kläranlagen ab einer Größe von 2.000 Einwohnerwerten (EW) werden deutschlandweit zentral aus der Berichterstattung nach EU-Kommunalabwasserrichtlinie (UWWTD, 91/271/EG) bereitgestellt. Zur Berechnung ausgewählter Schadstoffeinträge können Ergebnisse eines deutschlandweiten Kläranlagen-Monitoring-Projektes verwendet werden. Informationen zu großen kommunalen Kläranlagen (größer 100.000 EW) und zu Einträgen aus Industriebetrieben liegen aus der EU-PRTR-Berichterstattung (Schadstofffreisetzungs- und –verbringungsregister; EG-PRTR Verordnung 166/2006) vor. Aussagen zu Altbergbaustandorten fließen von den Bundesländern in das Modell ein.

Diffuse Eintragspfade sind:

  •  Einträge über das Grundwasser,
  •  Einträge über den Oberflächenabfluss (Abschwemmung),
  •  Einträge durch ⁠Erosion⁠ (Wasser),
  •  Einträge über Dränagen,
  •  Einträge aus urbanen Systemen (Mischwasserüberläufe, Regenwassereinleitungen und Kleinkläranlagen),
  •  Einträge aus der ⁠Atmosphäre⁠ direkt auf Gewässeroberflächen und
  •  Einträge aus der Binnenschifffahrt.

Zur Bilanzierung der Stoffeinträge über die diffusen Eintragspfade ist eine Vielzahl von Informationen (Daten) notwendig. Um einige Beispiele zu nennen:

  • Depositionsdaten zur Abschätzung der Einträge direkt auf Gewässerflächen (z.B. Schwermetalldepositionen) und
  • Bodendaten zur Ableitung der erosiven Bodenabträge und der sedimentgebundenen Stoffeinträge (Erosion) in die Gewässer.
 

Stoffeinträge - Ergebnisse

Ergebnisse liegen deutschlandweit in einer fortlaufenden Zeitreihe seit 1983 für die Nährstoffe Stickstoff und Phosphor sowie die Metalle Blei, Cadmium, Chrom, Kupfer, Nickel, Quecksilber und Zink vor. Für Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) liegen Ergebnisse seit 2003 vor. Stoffspezifisch können die wichtigsten Eintragspfade identifiziert werden (siehe: Einträge von Nähr- und Schadstoffen). Abbildung 2 zeigt dies am Beispiel der sogenannten EPA-⁠PAK⁠ (Summe der 16 PAK, gelistet durch die US-Environmental Protection Agency (EPA)). Hauptherkunftsbereich für PAK sind Verbrennungsprozesse. Das betrifft die Emissionen in die Luft und anschließende ⁠Deposition⁠ z.B. auf versiegelte Flächen. Das spiegelt sich in der Dominanz der Eintragspfade atmosphärische Deposition auf Gewässerflächen und Kanalisationssysteme in urbanen Gebieten wieder (Abbildung 2). Diese Eintragspfade bieten das größte Minderungspotential für Maßnahmen. Die Frage, wo überregional die größten Belastungsschwerpunkte liegen und daher Maßnahmen notwendig sind, kann in der räumlichen Betrachtung beantwortet werden (Abbildung 3). Höhere PAK-Einträge treten u.a. in dicht besiedelten Gebieten und Gebiete mit einem hohen Anteil an Wasserflächen auf.

Auch für weitere Stoffe, wie den Weichmacher DEHP, die ⁠Pestizide⁠ Isoproturon und Diuron, die Chemikalie Nonylphenol oder einzelne Arzneimittelstoffe liegen Modellergebnisse vor (siehe auch ⁠UBA⁠-Publikationen: Bestandsaufnahme prioritäre Stoffe und Maßnahmen zur Verminderung des Eintrags von Mikroschadstoffen).

Abbildung 2. Eintrag Polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (hier Summe der 16 PAK der US-Environmental Protection Agency (EPA)) in die Gewässer in Deutschland (2003 bis 2016) über unterschiedliche Eintragspfade; dargestellt als 5-jährige gleitende Mittelwerte (Quelle: UBA 2020)

Abbildung 3. Räumliche Verteilung des flächenspezifischen Eintrages polyzyklischer aromatischen Kohlenwasserstoffe (hier Summe der 16 EPA-PAK) in die Gewässer in Deutschland im Mittel der Jahre 2012 bis 2016 (Quelle: UBA 2020)

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