Von: Melina Hagendorf
Einleitung
Auf der Grundlage der Laboranalyse von den Wasserproben der 10 Standorten an 3 verschiedenen Messtagen wird in diesem Beitrag die chemische Gewässergüte der Körne untersucht. Bewertet werden die Ergebnisse der unterschiedlichen Stoffe mit Hilfe der chemischen Gewässergüteklassifikation nach LAWA (1998) unter Anwendung eines 7stufigen Systems mit 4 Haupt- und 3 Unterklassen (vgl. Tabelle 1). Diese Klassifikation ist nicht für alle untersuchten Stoffe anzuwenden, wodurch zudem weitere stoffbezogene Grenzwerte (falls vorhanden) herangezogen werden.
Für die Bewertung und Interpretation der hier vorgestellten Ergebnisse werden unter anderem die Ergebnisse aus dem Beitrag „Die Körne – Die Wasserparameter an den Probetagen“ herangezogen. Eine vorherige Durchsicht des genannten Beitrags wird empfohlen.
Tabelle 1: Beschreibung der Güteklassen nach LAWA (1998) (LAWA 1998: 23)
Entsprechen die in der Natur vorkommenden Stoffe wie Nährstoffe und Salze dem Geogenen Hintergrundwert, werden sie der Güteklasse I zugeordnet. Bei Xenobiotika muss der Wert „Null“ betragen. Die Güteklasse II enthält einen aus den bisherigen Bewertungsansätzen der Bundesländer resultierenden Wert, welcher alle Schutzgüter, wie z.B. aquatische Schutzgüter oder die Trinkwasserversorgung, sowie allgemeine Gewässerschutzkriterien berücksichtigt (Zielvorgabe). Die Einteilung in die Güteklasse II erfolgt somit bei der Einhaltung dieser stoffbezogenen Zielvorgaben. Eine Einteilung in die Unterklasse zwischen I-II erfolgt bei der Einhaltung des halben Wertes der Zielvorgaben (LAWA 1998: 24). Alle nachfolgenden Güteklassen überschreiten die Zielvorgaben (vgl. Tabelle 1). Von der LAWA wird dadurch eine Einhaltung der Güteklasse II angestrebt (LAWA 1998: 24). Diese Zielsetzung der Einhaltung der Zielvorgaben ist in den nachfolgenden Bewertungen der Ergebnisse zu berücksichtigen.
Die stoffbezogenen Grenzwerte zur Güteklassifikation (falls vorhanden) werden in der Folgenden Auswertung der Laborergebnisse für die einzelnen Stoffe separat in einer Abbildung dargestellt.
Hauptanionen und Hauptkationen
Zu den hauptsächlich anionischen Inhaltsstoffen von Oberflächengewässern zählen Sulfat, Chlorid und Hydrogencarbonat. Die Hauptkationen in den Fließ- und Standgewässern sind Natrium, Kalium, Magnesium und Calcium. Wegen ihrer dominierender Konzentrationen können sie den Chemismus der Gewässer und die Lebensbedingungen der Wasserorganismen maßgeblich beeinflussen.
Die Laborergebnisse der Probeentnahmen für Sulfat und Chlorid werden anhand der LAWA-Gewässergüteklassifikation (1998) dargestellt und bewertet. Seitens der LAWA besteht jedoch keine Güteklassifikation der Gewässer hinsichtlich der genannten Hauptkationen. Dadurch werden Natrium, Kalium, Magnesium und Calcium anhand von Grenzwerten oder Zielvorgaben der LAWA bewertet, sofern diese vorhanden sind (Schneider et al. 2003: 20).
Chlorid
Chlorid ist ein für die Lebensprozesse und essentielles Anion. Es ist ein Regulator des Wasserhaushalts und des Kationen-Anionen-Gleichgewichts in den Zellen der Lebewesen. Meist kommt das Chlorid aus den Böden und dem Untergrundgestein der Einzugsgebiete. Erhöhte Konzentrationen können zudem aus Abwassereinleitungen oder Einträge von Düngemitteln in die Fließgewässer entstehen (Schneider et al 2003: 50).
Für Chlorid gelten für die Güteklassifikation nach LAWA (1998) folgende Grenzwerte:
Anhand dieser Grenzwerte wird nach der Laboranalyse der Wasserproben die erhaltenden Chlorid-Werte standort- und messtagsbezogen den sieben verschiedenen Güteklassen der LAWA zugeordnet (vgl. Abb. 2).
Die Auswertungen der Laborergebnisse zeigen deutliche Unterschiede in den Chlorid-Konzentrationen zwischen den ersten beiden Messtagen und dem dritten Messtag. An den ersten beiden Messtagen liegen die meisten Chlorid-Konzentrationen im Bereich der Güteklasse II und halten somit die Zielvorgaben der LAWA (1998) ein. Lediglich der Standort 8 am zweiten Messtag weist eine Konzentration im Bereich der Güteklasse II-III auf. Positiv hervorzuheben ist die deutlich niedrigeren Chlorid-Konzentrationen am dritten Messtag. Bis auf Standort 3 können alle Werte der Güteklasse II-III (hellblau) zugeordnet werden und liegen somit unterhalb des von der LAWA (1998) angegebenen Zielwertes (vgl. Abb. 1 & 2).
Wie bereits erwähnt können erhöhte Chlorid-Konzentration durch Abwassereinleitungen oder Einträgen von landwirtschaftlichen Düngemitteln entstehen (Schneider et al 2003: 50). Die Veränderung der Chlorid-Konzentrationen kann somit mit möglichen erhöhten Abwasser- und Düngermittel-Einträgen vor den ersten beiden Messtagen und einer Abnahme dieser vor dem dritten Messtag. Andere Gründe für eine Abnahme der Konzentrationen sind nicht auszuschließen.
Sulfat
Der Sulfat-Haushalt von Oberflächengewässern ist wesentlich von den lithologischen Gegebenheiten der Einzugsgebiete, den Gewässerverunreinigungen (kommunale und industrielle Abwässer) sowie der Menge an Schwefeloxiden in den Niederschlägen abhängig. Stark erhöhte Sulfat-Konzentrationen schränken die Lebensbedingungen für Wasserorganismen wesentlich ein. Meist liegt die Sulfat-Konzentration in Flusswässern zwischen 10 und 150 mg/l (Schneider et al. 2003: 51f.).
Für eine spezifische Analyse und Güteklassifikation der Sulfat-Konzentration nach der LAWA (1998) gelten die folgende Grenzwerte:
Anhand dieser Grenzwerte werden die Sulfat-Konzentrationen standort- und messtagsbezogen den sieben verschiedenen Güteklassen der LAWA zugeordnet (vgl. Abb. 4).
Auffällig sind die erhöhten Sulfat-Konzentrationen an allen Standorten am Messtag des 2. Junis verglichen mit den anderen beiden Messtagen. Vorwiegend werden die Konzentrationen an den Standorten der Güteklasse II zugeordnet. Im Gegensatz zu dem 2. Juni liegen alle Sulfat-Konzentrationen an den anderen beiden Messtagen im Bereich der Güteklasse II-III. Besonders hervor sticht der erste Probestandort am 2. Juni mit einer Sulfat-Konzentration die im Bereich der Güteklasse II-III liegt (vgl. Abb. 4).
Diese erhöhten Konzentrationen am 2. Juni können zum einen Geogene Ursachen haben, aber auch Indikatoren für erhöhte landwirtschaftliche Einträge durch den Einsatz von Mineraldüngern sein (Schneider et al. 2003: 51f.). Die geringeren Konzentrationen hingegen könnten im Gegensatz auch mit einer erhöhten Oxidation des Sulfats durch anaerober heterotropher Bakterien zu Kohlenstoffverbindungen sein (Schwoerbel & Brendelberger 2022: 240). Des Weiteren können auch weitere Faktoren diesen Unterschied zwischen den Messtagen begründen.
Allgemein halten jedoch alle Messstandorte, bis auf einen, die Güteklasse II und somit die Zielvorgaben zur Sulfat-Konzentration in Fließgewässern ein.
Natrium
Natrium gehört zu den häufigsten irdischen Elementen. In der Erdkruste kommt es als Verbindung und in den Weltmeeren gelöst vor.
Die Natrium-Konzentrationen in Fließgewässern können zwischen 0,1 und 1500 mg/l liegen, wobei der Mittelwert bei etwa 40 mg/l liegt. Höhere Natrium-Konzentrationen werden in der Regel menschliche Tätigkeiten zugeschrieben. Relevante Natrium-Einträge in die Flüsse und Seen gehen oft von Abwässern sowie Einträge von Auftaumitteln aus dem Straßenverkehr (hier jedoch nicht relevant) aus (Schneider et al. 2003: 53f.).
Für die Natrium-Konzentrationen gibt es von der LAWA keine Einteilung in Güteklassen. In der novellierten Trinkwasserverordnung von 2001 hingegen wird Natrium als Indikatorparameter mit einem Grenzwert von ≤ 200 mg/l ausgewiesen (Anlage 3 – Teil I – BGBL. I Nr. 159).
In Abb. 5 ist zu erkennen, dass die Natrium-Konzentrationen am 22. Mai und am 23. Juni im Bereich des Mittelwertes liegen. Auffällig sind die deutlich erhöhten Konzentration an allen Messstandorten am 2. Juni, ausgenommen den Messstandort 5.
Die erhöhten Natrium-Konzentrationen am 2. Juni können mit Auswaschungen des Natriums aus den Boden durch Niederschlag oder mit erhöhten Abwassereinleitungen des nahegelegenen Klärwerks in Dortmund-Scharnhorst entstehen. Da es an den Vortagen des 2. Junis jedoch nicht zu wesentlich höheren Niederschlägen als an den Vortagen der anderen beiden Messtagen gekommen ist, ist dies keine schlüssige Begründung (vgl. Beitrag: Die Körne – Die Wasserparameter an den Probetagen). Genaue Ursachen für die Erhöhung sind nicht festzustellen.
Allgemein liegen jedoch die gemessenen Natrium-Konzentrationen unterhalb des in der novellierten Trinkwasserverodnung (2001) von ≤ 200 mg/l (vgl. Abb. 5), wodurch es nicht zu einer weiterführenden Interpretation der Werte kommt.
Kalium
In der Natur kommt Kalium auf Grund seiner hohen Reaktiviert gegenüber Wasser und Affinität zu Sauerstoff ausschließlich in Form von Verbindungen vor. In Oberflächengewässern ist Kalium durch hydrogeochemische Prozesse, vor allem durch Auflösung von Kalium enthaltenden Festphasen enthalten.
Als Mittelwert für unbelastete Flüsse wird eine Kalium-Konzentration von 6,5 mg/l angegeben, wobei regionale Unterschiede auftreten können (Schneider et al. 2003: 55).
Verglichen mit dem Mittelwert des Kaliums für unbelastete Flüsse weist das Untersuchungsgebiet an den meisten Messstandorten eine erhöhte Konzentration auf. Diese Ergebnisse lassen auf eine geringe Kalium-Belastung des Gewässers schließen.
Besonders auffällig sind auch wie beim Natrium die an fast allen Standorten erhöhten Werte am zweiten Messtag, dem 2. Juni, im Gegensatz zu den anderen beiden Messtagen.
Gründe für die allgemeinen Natrium-Konzentrationen überhalb des Mittelwertes könnten mit Abwassereinleitungen des Klärwerks Dortmund-Scharnhorst oder auch mögliche Anwendung und Eintrag von Düngemitteln (Kalisalpeter) in das Gewässer im Zusammenhang stehen (Schneider et al. 2003: 55). Auf eine weitere Interpretation wird hier jedoch verzichtet, da der Stoff keinen so großen Einfluss die Gewässergüte hat.
Magnesium
Magnesium ist für Algen ein essenzieller Nährstoff (Schwoerbel & Brendelberger 2022: 183). Von der LAWA wie auch in der novellierten Trinkwasserverordnung (2001) gibt es jedoch keine angebenden Grenzwerte für den Magnesiumgehalt in Gewässern. Der durchschnittliche Magnesiumgehalt in Süßwässern liegen bei 4 mg/l (Schneider et al. 2003: 57).
In Abb. 7 sind die Laborergebnisse der Magnesiumgehalte zu sehen. Auffällig ist, dass alle Magnesium-Konzentrationen über dem Durchschnittswert für Süßwässer liegen. Auch hier sind die Konzentrationen am zweiten Messtag deutlich höher als die an den anderen beiden Tagen.
Die Werte liegen jedoch an allen Standorten, bis auf zwei Ausnahmen am 2. Juni, unter 22 mg/l (vgl Abb. 7). Dies wird als Grenzwert zur Magnesiumarmut angegeben. Somit kann auf ein Magnesiumarmes Wasser in der Körne geschlossen werden (Schneider et al. 2003: 57).
Da auch Magnesium keinen großen Einfluss auf die Gewässergüte hat, wird auch hier auf eine weitere Interpretation verzichtet.
Calcium
Calcium ist wir auch Magnesium ein essenzieller Nährstoff für Algen. Jedoch ist der Bedarf an Calcium geringer als der an Magnesium (Schwoerbel & Brendelberger 2022: 183). Zivilisatorisch wird Calcium unter anderem als Löschkalk, Zement, Gips oder Düngemittel angewendet. In Form von Staubpartikeln aus Zementwerken, Steinbrüchen und von Bauschuttdeponien wir Calcium in die Atmosphäre eingetragen und kann durch Niederschlag in die Hydrosphäre gelangen. In Oberflächengewässern liegt der Mittelwert der Calcium-Konzentration bei ungefähr 15 mg/l (Schneider et al. 2003: 55f.).
Verglichen mit dem Mittelwert für Oberflächengewässer liegen fast alle Calcium-Konzentrationen aus der Laboranalyse der Wasserproben überhalb von 15 mg/l (Mittelwert). Besonders hervor sticht auch hier wieder der zweite Messtag am 2. Juni mit deutlich erhöhten Konzentrationen (vgl. Abb. 8).
Die erhöhten Calcium-Einträgen am 2. Juni können auf Grundlage der Klimadaten nicht mit erhöhtem Niederschlag vor diesem Messtag in Verbindung gebracht werden (vgl. Beitrag: Die Körne – Die Wasserparameter an den Probetagen). Eine mögliche Begründung für die erhöhten Werte könnte ein erhöhter Düngemitteleinsatz und demnach erhöhte Stoffeinträge in das Gewässer sein. Genauere Ursachen sind nicht festzustellen. .
Nährstoffe
Im Bereich der Nährstoffe werden die Laborergebnisse von Nitrat-Stickstoff (Nitrat-N), Nitrit-Stickstoff (Nitrit-N), Ammonium-Stickstoff sowie Phosphat PO4-P beschrieben und bewertet.
Nitrat-Stickstoff (Nitrat-N)
Nitrat-N wird als ein potentiell eutrophierender Stoff (Nährstoff) beschrieben. Er bindet einen hohen Anteil an der Gesamt-Stickstoffkonzentration.
Über die hälfte der Nitrat-Konzentration in Fließgewässern stammt aus der Landwirtschaft durch die Nutzung von Stickstoffdünger. Unter anderem kann es dann durch Niederschläge zu Auswaschungen des Düngers aus dem Boden und zum Eintrag in die Fließgewässer kommen. Der Stickstoff im Dünger kann auch durch Filtration in das Grundwasser gelangen, welches dann in die Fließgewässer eingeführt wird. Dabei können die Nitrat-N Belastungen zum Teil sehr stark sein (LAWA 1998: 29f.). Die verschiedenen Landnutzungstypen allgemein spielen bei den Einträgen durch Auswaschungen aus der Bodenzone eine bedeutende Rolle in Bezug auf die Nitrat-N-Konzentrationen in Fließgewässern. Weitere Faktoren zum Eintrag von Nitrat-N in Fließgewässer sind die vom Grundwasser durchströmten geologischen Formation, der Austrag aus dem Boden (Pedologie), die allgemeine Landnutzung und die durchaber auch die Niederschläge generell. Denn der Nitrat-N-Gehalt der Niederschläge beträgt normalerweise zwischen 0,07 und 0,57 mg/l, kann jedoch auch auf bis zu 14,7 mg/l oder mehr ansteigen (Schneider et al. 2003: 24).
Für Nitrat-N gelten für die Güteklassifikation nach LAWA (1998) folgende Grenzwerte:
Anhand dieser Grenzwerte wurden nach der Laboranalyse der Wasserproben die erhaltenden Nitrat-N-Werte standort- und messtagsbezogen den sieben verschiedenen Güteklassen der LAWA zugeordnet (vgl. Abb. 10).
Anhand der Auswertungen und der Zuordnung der Güteklassen wird deutlich, dass die Körne bis auf der erste Probestandort an allen Standorten eine Nitrat-N-Belastung aufweisen. Am ersten Messtag, dem 22. Mai, können alle Konzentration der Güteklasse II zugeordnet werden. Am zweiten und dritten Messtag steigen die Nitrat-N-Konzentration im Vergleich zum ersten Messtag signifikant an, wodurch es an vielen Standorten zu erhöhten Konzentrationen kommt, welche der Güteklasse II-III zugeordnet werden. Besonders auffällig sind die sehr geringen Konzentrationen am ersten Probestandort (vgl. Abb. 10).
Grund für die steigenden Werte können Einträge durch den Niederschlag sein, wobei es vor dem ersten Messtag auch zu Niederschlägen gekommen ist. Demnach ist diese Begründung nicht ganz eindeutig (vgl. Eintrag: Die Körne – Die Wasserparameter an den Probetagen). Daneben kann auch ein möglicher erhöhter Düngemitteleinsatz und eine Auswaschung des Nitrats im Zusammenhang mit dem an den vorherigen Tagen gefallenen Niederschlag diese Veränderung begründen. Das Klärwerk in Dortmund-Scharnhorst und die Abwassereinleitungen können auch einen Einfluss auf diese Veränderungen haben. Möglich sind auch Zusammenspiele dieser Faktoren (Schneider et al. 2003: 24).
Wobei einige Nitrat-Konzentrationen im Bereich der Güteklasse II-III liegen, halten dennoch viele Standorte die Zielvorgaben für Nitrat ein, welches einen positiven Einfluss auf die Gewässergüte hat.
Nitrit-Stickstoff (Nitrit-N)
Nitrit ist ein natürliches aber kurzlebiges Zwischenprodukt der Nitrifikation. Bei diesem Prozess wird durch mikrobielle Oxidation Ammonium (NH4+) über das Zwischenprodukt Nitrit (NO2–) zu Nitrat (NO3−) umgewandelt. Die Nitrit-Konzentrationen liegen in Fließgewässern durch die Kurzlebigkeit oft nur in geringen Mengen vor und haben kaum ein Einfluss auf die Wassergüte. Kommt es jedoch zu einem sprunghaften Anstieg der Ammonium-Konzentration, kann die Nitrifikation so schnell ablaufen, dass fischtoxische Nitrit-Konzentrationen erreicht werden können. Die Nitrit-Toxizität ist daneben auch von anderen Stoffen wie dem Chlorid-Gehalt abhängig (Schneider et al. 2003: 62).
Für eine Güteklassifikation nach LAWA (1998) der Nitrit-N-Konzentrationen in den Fließgewässern werden folgende Grenzwerte angegeben:
Anhand dieser Grenzwerte werden die Nitrit-N-Konzentrationen nach der Laboranalyse der Wasserproben standort- und messtagsbezogen klassifiziert (vgl. Abb. 12).
Die meisten Konzentrationswerte befinden sich im Bereich der Güteklasse I-II und II wodurch bei diesem Stoff die Zielwerte weitergehend eingehalten. Auffällig ist jedoch die erhöhte Belastung des Gewässers 2. Juni gegenüber dem 22. Mai. Hier liegen die meisten Werte im Bereich der Güteklasse II wobei einige Werte ungültig und somit nicht zu bewerten waren.
Besonders hervor stechen jedoch die signifikant angestiegenen Nitrit-N-Konzentrationswerte der letzten drei Standorte am 23. Juni. Die Konzentrationen, welche sich vorher im sehr geringen Belastungsbereich befanden, liegen nun im Bereich einer erhöhten bis hohen Belastung (vgl. Abb. 12). Dieser Anstieg ist verglichen mit den Ammonium- (vgl. Abb. 14) und den Chlorid-Konzentrationen (vgl. Abb. 2) nicht zu erklären, da diese Werte hier keine Auffälligkeiten zeigen.
Ammonium-Stickstoff
Ammonium-Stickstoff wird von der LAWA (1998) als potentiell toxischer Wasserinhaltsstoff klassifiziert (LAWA 1998: 29). Hohe Konzentrationen werden durch industrielle (Lebensmittelhersteller), kommunale und landwirtschaftliche (Gülle) Abwässer verursacht. Zudem kommen weitere Anschwemmungen von ammoniakhaltigen Düngemitteln von Feldern oder Ammoniumeinträge aus der Atmosphäre über Niederschläge in die Fließgewässer hinzu (Schneider et al. 2003: 64).
Für Ammonium-Stickstoff gelten für die Güteklassifikation nach LAWA (1998) folgende Grenzwerte:
Anhand dieser Grenzwerte sind nach der Laboranalyse der Wasserproben die Ammonium-Konzentrationen standort- und messtagsbezogen den sieben verschiedenen Güteklassen der LAWA zugeordnet worden (vgl. Abb. 14).
Die Ergebnisse zeigen, dass die meisten Konzentrationen der Güteklassen I-II und II zugeordnet werden können. Somit gibt es vorherrschend eine sehr geringe bis mäßige Belastung. Höhere Konzentrationen, welche auf eine deutliche Belastung hinweisen, treten nur am 2. Juni und 23. Juni an den Standorten 2 und 3 auf. Die höchste Konzentration liegt am 2. Juni an Messstandort 2 mit 0,618 mg/l vor. Dieser Wert liegt im Bereich der Güteklasse III.
Allgemein werden jedoch die meisten Konzentrationen der Güteklasse II oder niedriger zugeordnet, welches auf die Einhaltung der LAWA Zielwerte und einer zufriedenstellenden Gewässergüte hindeutet (vgl. Abb. 14).
Grund für die drei erhöhten Werte können Abwassereinleitungen der nahe an dem zweiten und dritten Messstandort gelegenen Kläranlage Dortmund-Scharnhorst sein. Die Auswaschung von Düngemitteln an diesem Standort als Grund für die höheren Konzentrationen sind möglich aber eher unwahrscheinlich, da die nachfolgenden Standorte keine erhöhten Werte aufweisen, obwohl diese auch an landwirtschaftlichen Flächen liegen.
PO4-P
Für alle Organismen ist Phosphor ein wichtiger Nährstoff sowie Bestandteil der zellulären Strukturen. Innerhalb des Stoffwechsels (Energiehaushalt) und als DNS-Bestandteil (Erbgutträger) besitzt er lebenswichtige Funktionen. Neben dem Stickstoff wird Phosphor als Nährstoff für den Aufbau der pflanzlichen Biomasse benötigt.
Der in Oberflächengewässern enthaltene gelöste Phosphor stammt aus anthropogenen Quellen, wie Exkrementen, Phosphorhaltigen Pflanzenschutzmitteln oder auch Bestandteile von Wasch- und Reinigungsmitteln. Eine Haupteintragsquelle für Phosphorverbindungen sind die Abwässer, welche ohne biologische Endreinigung in die Oberflächengewässer eingeleitet werden. Eine weitere wichtige Quelle ist die Auswaschungen an phosphorhaltigen Düngemitteln (Schneider et al. 2003: 66).
Die LAWA Grenzwerte zur Gewässergüteklassifizierung für PO4-P sind im folgenden dargestellt:
Anhand dieser Grenzwerte werden PO4-P-Konzentrationen standort- und messtagsbezogen den sieben verschiedenen Güteklassen der LAWA zugeordnet worden (vgl. Abb. 16).
Auffällig sind die großen Unterschieden in den Konzentrationswerten. Einige Standorte sind anthropogen unbelastet (dunkelblau), wobei nahe gelegene vorherige oder nachfolgende Messstandorte wiederum eine deutliche Belastung aufweisen (vgl. Abb. 16).
Besonders hervor sticht der 2. Juni. Hier wurden, mit Ausnahme von zwei Standorten, höhere Konzentrationen als an den anderen beiden Messtagen gemessen. Diese erhöhten Konzentrationen am zweiten Messtag konnten schon bei anderen vorherigen Stoffen beobachtet werden (vgl. vorherige Abschnitte).
Grund für diese erhöhten Konzentrationen können erhöhte Einsätze von phosphorhaltigen Düngemitteln und der Eintrag dieser in das Fließgewässer sein. Aber auch erhöhte Abwassereinleitungen des Klärwerkes in Dortmund-Scharnhorst können einen Einfluss auf die steigenden Konzentrationen haben.
Allgemein ist jedoch festzuhalten, dass die PO4-P-Konzentrationen am ersten und letzten Messtag weitergehend in einem zufriedenstellenden Bereich der Güteklassen II und II-III. Am dritten Messtag werden die Zielwerte der LAWA und somit mindestens die Güteklasse II sogar an allen Standorten eingehalten (vgl. Abb. 16).
Weitere Gewässergüte Parameter
Sauerstoffgehalt
Sauerstoff ist das am häufigsten vorkommende chemische Element im Erdinneren. Die Konzentration in Oberflächengewässern ist abhängig von der Art und dem Umfang sauerstoffzehrender oder sauerstofffreisetzender Prozesse sowie von der Temperatur (Schneider et al. 2003: 43).
Die Sauerstoffzufuhr erfolgt durch die Aufnahme des Sauerstoffs aus der Atmosphäre über die Wasseroberfläche, durch Photosynthese und gegebenenfalls durch (hypolimnischen) Eintrag durch Zuflüsse (Schwoerbel & Brendelberger 2022: 143). Bei einem starken Sauerstoffdefizit ist die Sauerstoffaufnahme über die Oberfläche besonders intensiv. Dies ist beispielsweise nachts und in stark organisch verunreinigten Fließgewässern der Fall. Tagsüber überwiegt die biogene Sauerstoffproduktion, sofern die Photosyntheseaktivität groß ist (Schwoerbel & Brendelberger 2022: 146).
Der Sauerstoffverbrauch erfolgt durch die Atmung von Organismen, den Abbau und die Mineralisation organischer Stoffe (Destruktion) sowie den Verlust an die Atmosphäre (Schwoerbel & Brendelberger 2022: 143). Dabei hängt die Sauerstoffzehrung von der Menge des vorhandenen abbaubaren organischem Materials ab. Umso mehr von diesem Material vorhanden ist (Schwoerbel & Brendelberger 2022: 146) und umso höher die Stoffwechselleistungen der heterotrophen Organismen sind, desto stärker wird der Sauerstoffhaushalt eines Fließgewässers belastet. Weitere Gründe für schlechte Sauerstoffbilanzen können auch geringe Sauerstoffeinträge und/oder die Zufuhr organischer Stoffe und organischer Abwässer in die Fließgewässer sein (Schwoerbel & Brendelberger 2022: 144).
Für eine Bewertung der Sauerstoffgehalte in Fließgewässern hat die LAWA (1998) für den Sauerstoffgehalt folgende Grenzwerte festgelegt:
Anhand dieser Grenzwerte werden die an den Messtagen dokumentierten Sauerstoffgehalte standort- und messtagsbezogen den sieben verschiedenen Güteklassen der LAWA zugeordnet (vgl. Abb. 18).
Festzustellen ist, dass der Großteil der gemessenen Sauerstoffgehalte an den Probestandorten der Güteklasse II zuzuordnen sind und somit lediglich auf eine mäßige Belastung hinweisen. Dies ist ein durchaus zufriedenstellendes Ergebnis.
Lediglich einzelne Standort weisen mit einer hellgrünen Farbe auf eine deutliche Belastung des Gewässers. Diese hier vorkommenden niedrigeren Sauerstoffgehalte entstehen durch eine erhöhte Sauerstoffzehrung aufgrund verschiedener Faktoren und/oder Einflüsse auf das Gewässer.
Die etwas niedrigeren Sauerstoffgehalteder Güteklasse II (hellgrün) an den Standorten 2 und 3 kann mit der nahegelegenen Kläranlage in Dortmund-Scharnhorst und die daraus eingeleiteten Abwässer in Verbindung mit einer erhöhten Sauerstoffzehrung gebracht werden. Hier können Stoffe eingetragen werden, welche diesen Prozess fördern. Die niedrigeren Werte an den Standorten 4, 6 und 8 können aufgrund der Lage an landwirtschaftlich genutzten Flächen mit Stoffeinträgen aus der Landwirtschaft in Verbindung stehen, wodurch es auch hier zu erhöhter Sauerstoffzehrung kommt.
Besonders hervor sticht der erste Probestandort am 2. sowie 23. Juni. Hier wurden Sauerstoffgehalte der Güteklasse III-IV gemessen (vgl. Abb. 18). Diese niedrigen Sauerstoffgehalte können mit der Lage des Probestandortes im Zusammenhang gebracht werden. Der erste Probestandort befindet sich direkt an der Quelle der Körne, wo sie aus dem Untergrund an die Oberfläche hervortritt. Wasser im Untergrund wie das Grundwasser weist im Vergleich zu Fließgewässern einen deutlich geringeren Sauerstoffgehalt auf, wodurch diese hier gemessenen niedrigen Sauerstoffgehalte begründet werden können (Schwoerbel & Brendelberger 2022: 132).
Zusammenfassend liegen die meisten Sauerstoffgehalte der Körne im Bereich der der Güteklasse II und halten somit die LAWA Zielvorgaben ein. Lediglich wenige Standorte weisen einen erniedrigten Gehalt an Sauerstoff auf, wobei der erste Probestandort mit der Lage an der Quelle und dem Austreten der Körne aus dem Untergrund begründet werden kann (vgl. Abb. 18).
TOC (NPOC)
TOC ist mit DOC der wichtigste Summenparameter für den organisch-gebundenen Kohlenstoff in der wässrigen Phase. Kohlenstoff ist dabei das Basiselement ür alle organischen Stoffe, aus denen sich das Leben auf der Erde entwickelt hat. TOC steht für Total Organic Carbon und umfasst den gelösten, den ungelösten sowie den partikulär gebundenen organischen Kohlenstoff im Wasser (Schneider et al. 2003: 46).
Der TOC kann erste Informationen über den Stoffhaushalt, den Substanzstoffwechsel z.B. mittels Algen sowie zum Belastungsgrad von Gewässern geben.
TOC in Fließgewässern hat verschiedene natürliche und anthropogen Quellen. Natürliche sind unter anderem Humifizierungs- und Stoffwechselprodukte von Pflanzen und Mikroorganismen. Bei anthropogene Quellen handelt es sich um Abwässer oder auch landwirtschaftliche Abflüsse (Schneider et al. 2003: 47).
Für eine Klassifizierung in die sieben Güteklassen hat die LAWA (1998) für den TOC folgende Grenzwerte festgelegt:
Anhand dieser Grenzwerte werden die PO4-P-Konzentrationen aus der Laboranalyse der Wasserproben standort- und messtagsbezogen den sieben verschiedenen Güteklassen der LAWA zugeordnet (vgl. Abb. 20).
Auffällig ist eine deutliche Gewässerbelastung durch TOC an allen Messtagen, welches mit der gelben Farbe gut zu erkennen ist. Besonders hervor sticht auch hier der 2. Juni mit deutlich erhöhten TOC-Konzentrationen im Gegensatz zu den anderen beiden Messtagen. Über die Hälfte der gemessenen Konzentrationen befinden sich hier im Bereich der Güteklasse III und somit einer erhöhten Belastung.
Gründe für die erhöhten Konzentrationen des TOC können auch hier Abwassereinleitungen und Stoffeinträge aus der kommunalen Kläranlage in Dortmund-Scharnhorst sein. Aber auch eine Einbringung von organischem Material aus der Landwirtschaft. Diese erhöhten Werte können in Gewässern die grundlegenden Stoffwechselprozesse von Organismen verändern und den ökologischen Zustand des Gewässers langfristig verschlechtern (Weigelhofer 2019: 86).
Aufgrund dieser erhöhten Werte ist eine weitere Beobachtung des TOC Gehaltes in der Körne empfehlenswert. Alle Konzentrationen liegen überhalb der LAWA Zielvorgaben, also überhalb der angestrebten Güteklasse II und sind somit nicht zufriedenstellend.
Anionen mit Spurencharakter
Bor
Bor gehört zu den relativ seltenen Elementen in der Erdkruste und kommt in der Natur nicht in elementarer Form, sondern stets an Sauerstoffgebunden vor. Bor-Verbindungen werden durch den Menschen in verschiedenen Bereichen eingesetzt. Durch den Einsatz der Bor-Verbindungen als Bestandteil von Herbiziden sowie Wasch-, Bleich-, Reinigungs- und Düngemitteln (25% bis 30%) als auch durch Emissionen aus Deponien können diese in die Gewässer gelangen.
In der Regel sind die Geogenen Hintergrundwerte in den mitteleuropäischen Oberflächengewässern relativ gering (≤ 10 μg/l an Borat und Borsilikaten), wodurch die Konzentration an Bor-Verbindungen in Flüssen, Seen und speziell im Grundwasser einen sehr empfindlicher Indikator für die anthropogene Beeinflussung der Wässer darstellt. Diese resultieren unter anderem aus Abwässern.
Bei einer Konzentration ab 0,2 mg/l wird eine signifikante anthropogene Beeinflussung des Gewässers identifiziert. Eine LAWA Güteklassifikation für Bor gibt es nicht (Schneider et al. 2003).
Betrachtet man die analysierten Wasserproben der drei Messtage für die Bor-Konzentration stechen besonders die Werte am ersten sowie am achten Messstandort des 2. Junis hervor. Hier liegen die Bor-Konzentrationen überhalb des Grenzwertes. Vergleich man jedoch alle restlichen analysierten Konzentrationen mit dem Grenzwert von ≥ 0,2 mg/l ist im allgemeinen nicht auf eine signifikante anthropogene Beeinflussung zu schließen. Aber auch hier sticht wie auch bei vielen vorherigen Standorten der zweite Messtag am 2. Juni mit wesentlich erhöhten Konzentrationen hervor (vgl. Abb. 21).
Aufgrund des geringen Einflusses dieser gemessenen Konzentrationen aus der Laboranalyse auf die Gewässergüte, wird auf eine weitere Analyse verzichtet.
Übrige Metalle/Metalloide
Barium
In der Natur kommt Barium nicht in elementarer Form vor, sondern hauptsächlich als BaSO4 (Schwerspat) und BaCO3 (Witherit). In kationischer Form ist Barium ein Bestandteil von Pflanzenschutz-, Bohrspül-, Beiz- und Bleichmitteln sowie Farbstoffen, dient als Füllstoff für PVC und kommt in der Pyrotechnik zum Einsatz. Anthropogene Einträge in Oberflächengewässer sind selten und ohne große Bedeutung, aufgrund der limitierenden Wirkung der Löslichkeit von BaSO4 mit 2 mg/l bei 283 K auf die Mobilität von Ba2+-Ionen im Wasser.
In europäischen Flüssen liegen die Mittelwerte für Barium bei etwa bei 0,030 ± 10 mg/l. Nach der WHO ist der Trinkwasserleitwert ür chemische Stoffe für Ba2+ mit 0,7 mg/l festgelegt (Schneider et al. 2003: 98).
Vergleicht man diesen Mittelwert und den Trinkwasserleitwert mit den analysierten Wasserproben der Körne ist festzustellen, dass die Barium-Konzentrationen der Körne deutlich unterhalb des Trinkwasserleitwertes von 0,7 mg/l liegen. Weiterhin ist auffällig, dass es große Schwankungen in den Konzentrationen gibt. Vor allem die Werte der ersten Probeentnahme am 22. Mai weichen von den beiden nachfolgenden ab. Die Konzentratioswerte der beiden nachfolgenden Messtage, dem 2. und 23. Juni, liegen allen Standorten in sehr ähnlichen Bereichen.
Besonders hervor stechen die hohen Konzentrationen am fünften Messstandort des 2. und 23. Junis und die des sechsen Messstandortes des 22. Mai.
Die erhöhten Konzentrationen könne in Verbindung mit Einträgen von Pflazenschutzmitteln oder anderen Materialien aus der Landwirtschaft stehen (Schneider et al. 2003: 98).
Aufgrund der Fehllenden LAWA Grenzwerte und dem geringen Einfluss von Barium auf die Gewässergüte sowie dem Fakt, dass Barium in der novellierten Trinkwasserverordnung von 2001 nicht mehr aufgeführt wird, wird auf eine weitere Analyse der Werte verzichtet (Schneider et al. 2003: 98).
Eisen
Eisen ist eines der am weitesten verbreiteten Elemente auf der Erde. Aufgrund seiner spezifischen Lösungseigenschaften im Gewässer kommt es jedoch hier nur in geringen Mengen vor (Schwoerbel & Brendelberger 2022: 159).
Mit geringer Konzentration (≤ 1,0 mg/l) wird es durch natürliche Quellen in nahezu alle Oberflächengewässer eingetragen. Für Flüsse werden Durchschnittswerte von etwa 0,05 mg/l angegeben. Anthropogen erfolgt der Eintrag von gelöstem oder auch komplexgebundenem Eisen über verschiedene Abwassereinleitungen.
Ein Grenzwert für gelöstes Eisen wird in der novellierten Trinkwasserverordnung von 2001 mit 0,2 mg/l festgelegt (Schneider et al. 2003: 102).
Die Eisen-Konzentrationen am 2. Juni sowie am 22. Mai weisen kaum messbare Konzentrationen nahe des Nullpunktes auf und befindet sich auf der Abb. 23 auf einer Linie (vgl. Abb. 23). Auffällig sind die deutlich erhöhten Konzentrationen am 23. Juni. Der Messstandort 5 weist hier sogar eine Eisen-Konzentration überhalb des Grenzwertes aus der Trinkwasserverordnung auf.
Ein Grund für die erhöhten Eisenkonzentration an Standort 5 am 23. Juni konnten nicht identifiziert werden.
Da es durch die LAWA keine Grenzwerte zur Güteklassifikation für Eisen gibt und dieser Stoff nicht signifikant auf die Gewässergüte Einfluss nimmt, werden diese Ergebnisse nicht weiter interpretiert (Schreiber et al. 2003: 102).
Mangan
Mangan findet häufig Anwendung in Düngemitteln sowie in Fungiziden. In Fließgewässern ist es in geringen Konzentrationen zu finden. Unbeeinflusste Fließgewässer weisen in der Regel Mangan-Konzentrationen von ≤ 0,1 mg/l auf. Eine mittlere Durchschnittskonzentration für Flüsse wird mit einer Konzentration bis 0,05 mg/l angegeben. Eine anthropogene Quelle für den Eintrag von Mangan ist wie auch bei Eisen das Einleiten von Abwässern in die Fließgewässer.
In der novellierten Trinkwasserverordnung von 2001 wird der Grenzwert von Mangan mit 0,05mg/l festgelegt (Schneider et al. 2003: 103f.).
Vergleicht man den Grenzwert von 0,05 mg/l mit den Laborergebnissen der Wasserproben ist zu sehen, dass fast alle Mangan-Konzentrationen am 2. und 23. überhalb des Grenzwertes liegen. Auffällig sind auch die hohen Konzentrationen am ersten Messstandort an diesem beiden Tagen.
Der 22. Mai sticht einer erhöhten Konzentration an Messtandort 6 hervor, welcher die anderen beiden Werte an diesem Standort übersteigt. Alle weiteren Konzentrationen von diesem Messtag liegen jedoch unterhalb der Konzentrationen der beiden nachfolgenden Messtage (vgl. Abb. 24).
Wie auch beim Eisen gibt es beim Mangan durch die LAWA keine Grenzwerte zur Güteklassifikation. Aufgrund dessen und des geringen Einflusses der Mangan-Konzentrationen auf die Gewässergüte wird auf eine weitere Analyse verzichtet (Schreiber et al. 2003: 102).
Fazit
Anhand der Laboranalyse der Wasserproben an den drei unterschiedlichen Messtagen des 22. Mai, des 3. Junis und des 25. Junis konnten große Unterschiede in der Belastung der einzelnen Stoffe auf das Gewässer festgestellt werden. Ein positives und weitgehend zufridenstellendes Ergebnis mit der Einhaltung der LAWA Zielvorgaben konnten vor allem beim Nitrit, Sulfat, Chlorid sowie beim Sauerstoff identifiziert werden, wobei beim Sauerstoffgehalt begründet durch die Quelle am ersten Standort sehr niedrigen Konzentrationen gemessen wurden. Beim Nitrit fallen besonders die letzen drei Standorte am dritten Messtag mit erhöhten Konzentrationen auf, wobei die Gründe für diesen starken Anstieg der Konzentrationen nicht weiter identifiziert werden können.
Nitrat, TOC und PO4-P weisen mit Konzentrationen überhalb der LAWA Zielvorgaben eine mäßige bis deutliche Belastung auf das Gewässer auf. Vor allem der TOC weist deutlich erhöhte Konzentrationen im Bereich der Güteklasse II-III bis III auf (vgl. Abb. 25).
Die weiteren beschriebenen Stoffe wie Eisen, Mangan oder Calcium, welche mit Hilfe von anderen Grenzwerten durch die Trinkwasserverordnung (2001) beispielsweise bewertet wurden, weisen keine großen Belastungen auf das Gewässer auf.
Eine Gemeinsamkeit, die bei vielen der oben beschriebenen Stoffe aufgetreten ist, sind die deutlich erhöhten Konzentrationen am zweiten Messtag, dem 2. Juni, im Vergleich zu den anderen beiden Messtagen (vgl. Abb. 25). Oft konnten die erhöhten Konzentrationswerten der unterschiedlichen Stoffe auf mögliche Einleitungen von Abwasser aus der kommunalen Kläranlage in Dortmund-Scharnhorst und/oder Einträge aus der Landwirtschaft auch durch landwirtschaftliche Zuflüsse in Verbindung gebracht werden. Somit haben die anthropogen verursachten Zuflüsse und die daraus resultierenden Einleitung in die Körne eine bedeutende Rolle im Bezug auf die Gewässergüte und können diese maßgeblich beeinflussen.
Eine Abschließende zusammenfassende Bewertung der chemischen Gewässergüte für alle Stoffe kann nicht vorgenommen werden, da manche Stoffe die LAWA Zielvorgaben einhalten und eine Gewässergüte von II oder besser aufweisen. Andere hingegen weisen eine deutlich stärkere Belastung auf das Gewässer und eine Überschreitung der Zielvorgabe, wie TOC, auf. Bei diesen Stoffen ist die Gewässergüte nicht zufriedenstellend und bedarf weitere Überprüfungen und Untersuchungen zur genaueren Identifizierung der Ursachen.
Somit weisen einige Stoffe auf einen guten chemischen Zustand der Körne, andere hingegen auf einen schlechten chemischen Zustand hin. Dadurch ist eine differenzierte Betrachtung und Bewertung der chemischen Gewässergüte bezogen auf die verschiedenen Stoffe notwendig und empfehlenswert.
Quellen
LAWA (1998): Beurteilung der Wasserbeschaffenheit von Fließgewässern in der Bundesrepublik Deutschland – Chemische Gewässergüteklassifikation -. 1. Auflage. Berlin. (https://www.lawa.de/documents/beurteilung_der_wasserbeschaffenheit_von_fliessgewaessern_in_der_brd_1552305559.pdf)
Schneider, P.; Neitzel, P.; Schaffrath, M.; Schlumprecht, H. (2003): Leitbildorientierte physikalisch-chemische Gewässerbewertung – Referenzbedingungen ind Qualitätsziele. In: Umweltbundesamt (Hg.) (2003): Texte 15/03. ISSN 0722-186X. Berlin. (https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/publikation/long/2244.pdf)
Schwoerbel, J.; Brendelberger, H. (2022): Einführung in die Limnologie. Stoffhaushalt – Lebensgemeinschaften – Technologie. 11. Auflage. Berlin.
Weigelhofer, G.; Tiefenbacher, A.; Brandl, M.; Strauss, P. (2019): Organischer Kohlenstoff in Bächen – Auswirkungen ackerbaulicher Bewirtschaftungspraktiken. In: Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft 72(1-2): 85-91.