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Fachartikel I DOI:10.5675/HyWa_2014,5_1 Bittersohletal.:GewässerversauerungdurchSäuredeposition... HW 58. 2014, H. 5

Förderanlagenwie Pumpen, Brunnenfiltern und RohrleitungensowiefürdasEinzugsgebietsmanagementkalkuliertwerden.EsistZieldesvorliegendenBeitrags,anHandvonexemplarischenDatenausverschiedenenBundesländernundvonFallbeispieleneinen Überblick zur depositionsbedingten Versauerungssitu-ation in den Bereichen Grundwasser/Quellen, FließgewässerundSeenzugeben.DieEntwicklungenseitden1970erJahrenwerden aufgezeigt, die gegenwärtige Situation dargestellt sowie die Möglichkeiten zur Schadensbegrenzung bzw. Regeneration erörtert.RegionalbegrenztträgtauchderBraunkohlentagebauzurGewässerversauerungbei.EinenaktuellenBerichtzurSituati-onanBergbaufolgeseenderRegionLausitzgebenGRÜNEWALD(2012)undGRÜNEWALD&SCHOENHEINZ(2014).

2 Kriterien der Gewässerversauerung

Unbelastete Gewässer und qualitativ hochwertige Trinkwasser-ressourcenfinden sichüberwiegend inWaldgebietenmit ihrennaturnahen Nutzungsformen. Natürlicherweise schwach saureund härtearme (weiche) Gewässer sind hier allerdings beson-dersanfällig fürVersauerungdurchanthropogenenEintragvonSchwefel- und Stickstoffverbindungen. Ausmaß und Entwicklung derVersauerungimNorddeutschenTieflandsowieindenMittel-gebirgsregionen werden von der Depositionsbelastung und den jeweiligennaturräumlichenGegebenheitenbestimmt(Tab.1).

Der Versauerungsstatus eines Gewässers kann mittels chemischer Kennwerte beschriebenwerden (Tab. 2). ZurDarstellung des ge-wässerbiologischen Versauerungsstatus haben sich auf der Spezi-esverteilungvonDiatomeen (Kieselalgen)bzw.Makrozoobenthos(KleinlebewesenamGewässerboden)basierende Indikatorverfah-renbewährt(BRAUKMANN&BISS2004,CORING1999).AlskritischfürdieVitalitätundReproduktionvonFischeninschwachminera-lisiertenGewässernwerdenpH-Werte<6undGesamtaluminium-Konzentrationen>0,1mg/lgenannt(LENHARD&STEINBERG1984).

1 Einführung

In Gebieten mit pufferschwachen, vor allem kalkfreien Gesteinen sindvieleGewässerdurchdieWirkungdergelöstenKohlensäurenatürlicherweiseschwachsauer.HierhatdieanthropogeneDepo-sition von starken Säuren und Säurebildnern eine weitergehende Versauerung von Böden und Gewässern herbeigeführt, die imUmfeldder IndustrieländeralsnahezuglobalerUmweltschadeneinzustufenist.UmfangreicheForschungsarbeitender1970erbis1990erJahrekonntenUrsachen,ProzesseundWirkungenaufdieGewässerweitgehendklären (z.B. LENHARD&STEINBERG1984,REUSS&JOHNSON1985).SieliefertenderUmweltpolitikentschei-dende Impulse für dringend erforderliche Gegenmaßnahmen,insbesondere die Reduzierung luftverfrachteter Schadstoffemis-sionen.InDeutschlandveröffentlichtendiebetroffenenBundes-länder Schwerpunktberichte zur regionalen Situation. Diverse Re-gelwerkefürWasserwirtschaft,ForstwirtschaftundUmweltschutzbzw.derenUmweltmonitoring(u.a.DVGW1993,DVWK1997,ICPFORESTS 2010, LAWA1997u. 2003,UNECE 2009) befassen sichmitderBeobachtungundBewertungderanthropogenenVersau-erungvonUmweltmedien.LetztlichwurdedieEntwicklungsys-tematischerUmweltmessprogramme,u.a.derstaatlichenGewäs-serüberwachung(oberirdischeGewässer,Grundwasser,Quellen),seitden1980erJahrenentscheidenddurchdieErfahrungenmitder anthropogenen Versauerung vorangetrieben.

DieVersauerung von Böden und Gewässernwird in der deut-schen Öffentlichkeit vielfach als historisches Phänomen im Zu-sammenhang mit dem „Sauren Regen“ und dem „Waldsterben“ angesehen. Jedoch sind die mit anthropogener Versauerung verbundenen Prozesse immer noch wirksam. Die Lebensge-meinschaften säurebelasteter Bachläufe erholen sich zum Teilnur langsam.WoversauertesGrund-undQuellwasserzuTrink-wasserzweckengenutztwird,mussweiterhinmiterhöhtenBe-triebsaufwänden für Rohwasserentsäuerung, Regeneration von

Jochen Bittersohl, Wolfgang Walther und Henning Meesenburg

Gewässerversauerung durch Säuredeposition in Deutschland – Entwicklung und aktueller StandAcidification of waters in Germany – Development and current state

DieVersauerungvonBödenundGewässern (Fließgewässer,Seen,Grund-undQuellwasser)durchatmosphärischeSäuredepositionisteinglobalerUmweltschaden,dertrotzmassiverMinderungderSchadstoffemissionenerst langsamüberJahrzehnteabklingt.AnHandexemplarischerDatenwirddieEntwicklungunddieaktuelleSituationderGewässerversauerungindendeutschenGroßregionen(Tiefland,Bergland)beschriebensowiedieWirkungdereingesetzten Instrumente (Emissionsminderung, forstlicheMaßnahmen) füreine weitere Verbesserung (Reversibilität, Regeneration) erörtert. Die besonderen Anforderungen an die Gewinnung von Trinkwasser imZusammenhangmitderNutzungvonversauertemGrund-undQuellwasserwerdenerläutert.

Schlagwörter: Deutschland, Entwicklung der Gewässerversauerung, Grundwasser, Maßnahmen gegen Gewässerversauerung, Wasser-versorgung

Theacidificationofsoilsandwaters(e.g.smallstreams,lakes,groundwaterandspringwater)byaciddepositionisaglobalenviron-mentalthreatdecliningslowlyoverdecadesdespiteasubstantialreductioninpollutantemissions.Bymeansofexamplarydata,thedevelopmentandcurrentstateofwateracidificationinmajorregionsofGermany(lowlandsandmountainousregions)isdescribedanddiscussed, as well as the effects of mitigating measures (reduction of emissions, forestry measures) on the recovery of waters from aci-dification(reversibility,regeneration).Specialadaptationmeasuresontheabstractionofdrinkingwaterconcerningtheuseofacidifiedgroundwaterandspringwaterareexplained.

Keywords: Developmentofacidificationofwaters,Germany,groundwater,instrumentsagainstacidification,watersupply

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Bittersohletal.:GewässerversauerungdurchSäuredeposition... DOI:10.5675/HyWa_2014,5_1 I FachartikelHW 58. 2014, H. 5

2010um91,5%verringert.AuchdieEmissionenvonStickstoff-oxiden,diedemVerkehrs-undIndustriebereichzuzuordnensind,gingenum54,2%zurück..Dagegenwurdenbeim reduziertenStickstoff (Ammoniak), der überwiegend landwirtschaftlichenQuellenzuzuordnenist,nur20%Emissionsminderungerreicht.

Die emittierten Stoffe gelangen nach atmosphärischem Trans-port als flächenhafte Deposition in die Landschaft. InWäldernmitihrermächtigenKronenschichtunddadurchgroßerOberflä-che werden die Stoffe (Gase, Partikel und Aerosole) intensiv aus-gefiltert,sodasshierdieDepositiondeutlichüberanderenLand-nutzungsformen liegt. Die Versauerung durch Luftschadstoffeist daher weitgehend auf bewaldete Gebiete konzentriert. Als Gesamtsäuredeposition (GSD) wird die Summe der aus menschli-chenQuellenstammenden,aufBödenundGewässerversauerndwirkendenSubstanzenbezeichnet.QuantitativbedeutsamsindVerbindungen des Schwefels und des Stickstoffs, die direkt oder nachUmwandlungsprozessenalsstarkeSäurenwirken(Tab.3).

DeponierteEinzelstoffmengenwerdeninderPraxismeistinGe-wichtseinheiten(z.B.KilogrammproHektar,kg/ha)angegeben.Die Berechnung der Gesamtsäuredeposition erfolgt in Äquiva-lentmengen. Vereinfachend gilt:

GSD = SO42– + NO3

– + NH4+ (Kilomol Ionenäquivalent* pro Hektar, kmolc /ha) (1)

*) 1kmolcSulfat(SO42–)entspricht48kgSulfat(SO4

2–)bzw.16kgSchwefel(S) 1kmolcNitrat(NO3

–)entspricht62kgNitrat(NO3–)bzw.14kgStickstoff(N)

1kmolc Ammonium (NH4+)entspricht18kgAmmonium(NH4

+)bzw.14kg Stickstoff (N)

Gewässer- und Bodenversauerung stehen durch den Wasser-Boden-KontaktinengerBeziehung.DiefürdasVersauerungsge-schehen maßgeblichen Prozesse sind weitgehend geklärt und vielfachbeschrieben (u.a.DVWK1997, JANKOWSKIet al. 2007).AlsIndikatorfürdieBodenversauerungbeschreibtdieBasensät-tigung(BS)denrelativenAnteilaustauschbarerunddamitSäurepuffernderBasen-Kationen(Ca,Mg,K,Na)andergesamtenKatio-nenaustauschkapazität.Unversauerte silikatischeBödenweisendefinitionsgemäßmindestens80%BSauf.WenndieBS,wie instarkversauertenBöden,unter20%fällt,gelangeninsbesondereaustauschbares Aluminium und Protonen (abnehmender pH-Wert)indieLösungsphase.DiesewerdenzusammenmitdenAn-ionenstarkerSäuren(SO4,NO3),dieals„Kationenschlepper“fun-gieren,indieGewässertransportiert(REUSS&JOHNSON1985).

Die Sensitivität von Ökosystemen gegenüber Säureeinträgenkann flächendeckend nach dem Critical Loads-Konzept ermit-teltwerden.CriticalLoads fürVersauerungsindkritischeBelas-tungsraten für luftgetragene Stickstoff- und Schwefeleinträge,beiderenEinhaltungoderUnterschreitungeswederakutnochlangfristigzuschädigendenWirkungenaufempfindlicheRezep-toren wie Wälder, Heiden und Moore und angrenzende Systeme (zum Beispiel Oberflächengewässer und Grundwasser) kommt(BUILTJESetal.2011).

3 Säureeinträge und Stofftransportwege

InfolgemassiverLuftreinhaltungsmaßnahmen(u.a.auchStillle-gungalterGroßindustrienindenneuenBundesländern)wurdendieEmissionenvonSchwefelverbindungenzwischen1990und

Tabelle 1Versauerungsrelevante Charakteristiken der großen Naturräume in DeutschlandCharacteristics of major German natural regions in terms of acidification riskMerkmal Norddeutsches Tiefland Bergland, Mittelgebirge

(ohne Kalkgesteine)Waldverteilung(starkeSchadstoffausfilterung) mehr oder weniger große Waldinseln, Heiden zusammenhängende Waldgebiete in Hang-

und HochlagenSäurebelastung (Schwefel- und Stickstoff-Verbindungen)

Schwefel mäßig, reduzierter Stickstoff regional sehr hoch

regional wechselnd, mäßig bis sehr hoch

Geologie,oberflächennah (oberer Grundwasserleiter)

eiszeitlicheLockersedimente:Sande,Kiese,Tone Kluftgesteine:Sandsteine,Schiefer,Granite,Gneise,Quarzite,Metamorphite

VersauerungsempfindlichkeitdesUntergrunds teilweise sehr hoch, geringe Verwitterungsraten stark wechselnd, geringe bis mittlere Ver- witterungsraten

VersauerungstiefedesUntergrunds („Versauerungsfront“)

einigembis>10m,z.T.imGrundwasser meist1bis5m,z.T.imGrundwasser

betroffene Gewässertypen überwiegendGrundwasser quellnaheFließgewässer,Kleinseen,Grund- wasser/Quellen

Tabelle 2HäufigverwendeteKriterienfürdenVersauerungsstatusschwachmineralisierterWässer(verändertnachDVWK1997undBITTERSOHLetal.1997)Commonly used criteria for the acidification status of weakly buffered waters (DVWK 1997 and BITTERSOHL et al. 1997, modified)Gefährdungspotenzial pH-Wert Alkalinität +)

(mmolc/l)Ca+Mg/

SO4+NO3

Al3+ ++)(mg/l)

nicht gefährdet >7 >1,0 >4,0 < NWG

z.T. gefährdet 7–6*) 1,0–0,2 4,0–1,5 NWG–0,05

versauerungsempfindlichbzw.schwach versauert

6–5 0,2–0,0 1,5–1,0 0,05–0,2

versauert <5 <0,0 <1,0 >0,2**)+)Alkalinität[MillimolIonenäquivalenteproLiter]=(Ca+Mg+K+Na)–(SO4+NO3 + Cl)++)DieAluminiumkonzentrationsollteimZusammenhangmitderAlkalinitätbzw.Aziditätbewertetwerden,dasieauchinGegenwartnatürlichvorkommender Huminsäurenerhöhtseinkann(DVWK1997).*)Trinkwasserverordnung(TrinkwV):pHmindestens6,5**)TrinkwV:Almaximal0,2mg/lNWG=Nachweisgrenze

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Abbildung 1 DepositioninFreilandundWaldbestand(kg/ha/a),EinzugsgebietLehstenbach/Fichtelgebirge,Sulfat-Schwefel,Nitrat-Stickstoff,Ammonium-Stickstoff(BLFU2013) Deposition in open space and forest stand (kg/ha/year), catchment Lehstenbach/Fichtelgebirge, sulphate-sulphur, nitrate-nitrogen, ammonium-nitrogen (BLFU 2013)

ImTieflandüberwiegtdervertikaleStofftransportmitdemSicker-wasserzumGrundwasser.ImBerglandsindschnellehangparalleleAbflüsseausLandoberflächenundSchneedecken (Oberflächen-abfluss) sowie aus den oberen Bodenhorizonten (Zwischenab-fluss) umfangreich beteiligt. Diese bilden zusammen als schnellabfließende Komponenten den Direktabfluss. Direktabfluss undGrundwasserabfluss(=Basisabfluss)ergebenzusammendenGe-samtabflussauseinemGebiet(DIN4049).

Die Stoffbefrachtung der einzelnen Abflusskomponenten wirdvom Stoffinhalt des Niederschlags, vom chemischen Zustand der durchflossenen Boden- und Gesteinsschichten sowie vonden Feststoff-Wasser-Kontaktzeiten bestimmt. So werden z.B.episodischeVersauerungsschübe in Fließgewässern vorwiegenddurch Direktabfluss aus stark versauerten Oberböden generiert (MEESENBURG1997).

Das Grundwasser reagiert am Ende der Prozesskette des mehr oderwenigerversauertentieferenSickerraums.VonBedeutungisthierdieLageder„Versauerungsfront“,dieinderRegeleinenobe-ren versauerten Abschnitt von einer tieferen, noch pufferfähigen Zonetrennt(MALESSA1995).ReichtdieVersauerungsfrontindenGrundwasserschwankungsbereich hinein, kommt es zur episodi-schen Versauerung des Grundwassers. Eine gänzlich in das Grund-wasser vorgedrungene Versauerungsfront kann zu chronischer VersauerungderhierausgespeistenFließgewässerführen.

4 Grundwasser im norddeutschen Tiefland

DasnorddeutscheTieflandnördlichderMittelgebirgeistdurchter-tiäreundquartäreLockergesteinsfolgengekennzeichnet,indenen

DiemassiveEmissionsminderung(auchgrenzüberschreitend)be-wirkteeinenerheblichenRückgangderSchwefeldeposition,zumBeispielindennordwestdeutschenWaldgebieten(MEESENBURGetal.1995).DerRückgangistanehemalshochbelastetenStandor-tenbesondersausgeprägt(Abb.1).Gegenwärtigdominierenda-her die Stickstoffkomponenten den Gesamtsäureeintrag. Während dieBelastungdurchNitrat-Stickstoffabnahm,bleibtdieBelastungdurchAmmonium-Stickstoff zumTeil gravierend. Besonders be-troffen sind Waldgebiete in Regionen mit intensiver Tierhaltung (MOHRetal.2005).

IndenJahren2004bis2007lagdiejährlicheGesamtsäuredeposi-tioninWaldgebietenmeistzwischen1und3kmolc/ha, im Mittel bei2kmolc/ha(BUILTJESetal.2011).DieCriticalLoadsfürSäureliegenaufüber50%derWaldflächeDeutschlandsunter1,5kmolc/ha/a. Zwischen 1990 und 2007 nahm der Anteil der Flächen inDeutschland,aufdenendieCriticalLoadsfürVersauerungdeutlichbissehrdeutlichüberschrittenwurden,vonüber50%aufunter 10%ab(BUILTJESetal.2011).Für40%dersensiblenGesamtflächewurdenurnocheinegeringeÜberschreitungvon0bis1kmolc/ha/a ermittelt. Auchbei diesengeringerenBelastungenwerdenjedochBodenvorräteanSäurepufferndenBasen-Kationenweiterabgebaut, mit der Folge anhaltender Gefährdung von nachge-ordneten Gewässern. Außerdem werden in vielen Verwitterungs-decken erhebliche Mengen an gespeichertem Sulfat-Schwefel infolge der nachlassenden Schwefeldeposition remobilisiert. Dies kann die Regeneration versauerter Gewässer erheblich verzögern (ALEWELLetal.2001).

DiebesondereBedeutungderAbflussvorgängefürdenStoff-bzw.SäuretransportinderLandschaftzeigtAbbildung2.

Tabelle 3Herkunft wichtiger luftverfrachteter Stoffe mit VersauerungspotenzialOrigin of air-transported acidifying substancesHerkunft aus fossilen Brennstoffen (Industrie, Verkehr, Haushalte) aus Landwirtschaft (Dünger, Abluft)Grundstoffe (Elemente) Schwefel (S) Stickstoff (N) Stickstoff (N)

in die Atmosphäre emittierte Stoffe Schwefeldioxid(SO2) Stickstoffmonoxid(NO), Stickstoffdioxid(NO2), Distickstoffmonoxid(N2O)

Ammoniak (NH3),Ammonium (NH4

+)

nachchemischerUmwandlungalsIonen deponierte Stoffe

Sulfat(SO42–) Nitrat(NO3

–)Ammonium (NH4

+)Ammonium (NH4

+)

wirksame starke Säuren Schwefelsäure (H2SO4) Salpetersäure(HNO3) Salpetersäure(HNO3)

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onbzw.Braunkohlebergbau)liegtnichtvor.ImVergleichmitdemZeitraum1996–2000wirdeinepartiellzunehmendeVersauerungbeobachtet.

In Nordrhein-Westfalenweisen21,8%allerGrundwasser-Messstel-lenpH-Werte<6,5und9,3%pH-Werte<6,0auf (NRW-MUNLV2000,Daten1994–98,Gesamtnetz).DerGrenzwertfürAluminiumnachTrinkwVwirdan11,2%allerMessstellenüberschritten.Nied-rige pH-Werte deuten auf Versauerung hin.

In Schleswig-Holsteinliegen10%allerpH-Werteunter5,0und10%allerAluminiumwerteüber0,18mg/l(SH-MELULR2012,Daten1996–2000, Grundwasser-Basismessnetz). Besonders niedrigepH-Wertewerden imoberflächennächstenGrundwasser ange-troffen.

FürNiedersachsen wird die Versauerungssituation des Grundwas-sers differenziert dargestellt an Hand der ca. 900 Grundwasser-messstellen mit Landnutzung „Wald“ (WAESCH & JANKOWSKY2013). Die hier erfassten Grundwasservorkommen sind mehr-heitlichmineralarm,ursprünglichnatürlichkohlensauermitmar-ginalen Nitratgehalten und Spuren von gelöstem Aluminium. Je nachVersauerungsindikatorsind19%–35%dieserMessstellenals„schwachversauert“bis„versauert“einzustufen(Tab.5).

NiedrigepH-Wertetretenbevorzugtbis10mFiltertiefe(Oberkan-te)auf(Abb.3,links).Dementsprechenerhöhte,überdemGrenz-wert nachTrinkwV liegende Aluminiumgehalte (Abb. 3, rechts).EinÜbergangsbereichmitabnehmenderVersauerungistbis20mFiltertiefe ausgebildet.

4.3 Probleme der WasserversorgungMitte der achtziger Jahre wurde deutlich, dass durch die Versau-erung des Grundwassers auch die Wasserversorgung betroffen war.FürvierGrundwasservorkommenimNordwestenDeutsch-lands,die fürdieTrinkwasserversorgunggenutztwerden,wur-den aufgetretene Probleme durch Veröffentlichungen bekannt (BAUDISCH 1989, HARTING et al. 2000, LÜKEWILLE et al. 1984,STREBELetal.1984,WALTHERetal.2000):• Senne bei Bielefeld, Stadtwerke Bielefeld, Fördermenge 12

Mio m3/a• FuhrbergerFeldbeiCelle,StadtwerkeHannover,35Miom3/a• Wingst zwischen Stade und Cuxhaven, Wasserverband

Wingst,3Miom3/a• Düshorner Heide bei Fallingbostel, Stadtwerke Böhmetal,

2,1Miom3/a

häufigmehrereGrundwasserstockwerkeauftreten.SiesindfürdieWasserversorgungvongroßerBedeutung.DasTieflandwirdvonden Bundesländern Brandenburg, Mecklenburg-Vorpommern,Niedersachsen, Nordrhein-Westfalen, Sachsen, Sachsen-Anhalt und Schleswig-Holstein erfasst.

4.1 Norddeutsches Tiefland im ÜberblickIn Norddeutschland ist das Grundwasser mit seinen häufig inWaldgebietenliegendenTrinkwassergewinnungenzumTeilüber10m tief versauert (KUNKEL et al. 2004). An 10% aller flachenGrundwassermessstellen (0–10 m unter Gelände) wird deutlichversauertesWassermitpH-Wertenvonmax.5,7(10-Perzentil)an-getroffen(Tab.4).Entsprechenderreichen10%allerMessstellenAluminiumgehaltevonmindestens0,75mg/l (90-Perzentil), alsoweitüberdemGrenzwertnachTrinkwV.

4.2 Norddeutsche BundesländerBrandenburg ist vergleichsweise wenig von Grundwasserver-sauerung betroffen. Für den Zeitraum 2002–2005 werden dem„BeeinflussungstypVersauerung“(KriteriumpH<6,5)8,8%allerMessstellenzugeordnet,diesich imsüdlichenLandesteilhäufen(BLUGV2007).EineUnterscheidungnachdenUrsachen(Depositi-

Abbildung 2 AbflusskomponentenalsTransportbahnenfüratmosphärischein- getrageneundimUntergrundfreigesetzteSäurenundBasen Runoff components as transport paths for atmospherically deposited and ground released acids and bases

Tabelle 4pH-WertundAluminiumgehaltimGrundwasserdernorddeutschenLockersedimente(nachKUNKELetal.2004,Datenüberwiegendaus1980erbis1990erJahren)pH value and aluminium concentration in groundwater from unconsolidated sediments in northern Germany (after KUNKEL et al. 2004, data mainly from 1980ies and 1990ies)Parameter Filtertiefe Anzahl Messstellen 10 % 50 % (Median) 90 %

pH-Wert

unter10m 3.401 5,7 7,0 7,9

10bis25m 4.070 6,0 7,2 7,9

25–50m 3.872 6,3 7,3 7,9

unterer Grenzwert TrinkwV 6,5

Aluminium (mg/l)

unter10m 708 <0,01 0,07 0,75

10bis25m 695 <0,01 0,04 0,24

25–50m 493 <0,01 0,03 0,10

Grenzwert TrinkwV 0,2

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Im Fuhrberger Feld fördern zwei Wasserwerke. Die Wasser-schutzgebiete werden zu annähernd gleichen Teilen land- und forstwirtschaftlich genutzt, wobei alle Förderbrunnen im Wald (Kiefern) liegen.STREBELetal. (1984)berichtenvonverstärkterAnlieferung von Aluminium an das oberflächennahe Grund-wasser infolge der Versauerung der Waldböden. Dabei bilden sich ausgeprägte Tiefenprofile mit Konzentrationen bis max.11,5 mg/l Al3+ im oberen Sickerraum aus. Die pH-Werte lie-gen dort regelmäßig unter 4. Bis zur GrundwasseroberflächesteigtderpH-Wertnichtüber5an.NeuereUntersuchungenimGrundwasser unter den Waldbeständen zeigen, dass sich die Situation nicht wesentlich verändert hat (RINGE et al. 2003).Erst mit Erreichen einer tieferen Grundwasserschicht, die aus landwirtschaftlich genutzten Bereichen stammt, steigt der pH-WertaufGrundderdortpraktiziertenKalkungan.ZueinerVer-mischung des Grundwassers unterschiedlicher Genese kommt es imGrundwasserleiternicht, sodass sichdievonSTREBELetal. (1984) beschriebenenVersauerungsfahnenweiterhin findenlassen. Es wird angenommen, dass die entsprechend erhöhten Aluminium-Konzentrationen zumTeil auch indendieBrunnendirekt umgebenden Waldböden entstehen und das Alumini-umerst in unmittelbarerNäheder Fassungen ausfällt (RAUE& ZANDER 2012). Im Rohwasser derWasserwerkewurden bisherkeineerhöhtenAluminium-Konzentrationenfestgestellt.

Das hydraulische Einzugsgebiet des Wasserwerks DüshornerHeide ist zu 48%mitNadelwaldbestanden. Imoberflächen-

nahen Grundwasser unter Wald findensich verbreitet erhöhte Aluminiumge-halte. An drei von vier Förderbrunnen im oberen Grundwasserstockwerk liegen die Aluminiumkonzentrationen seit Beginnder 1990er Jahre über dem Trinkwasser-grenzwert von 0,2mg/l. Deshalbwurdenzusätzlich zur vorhandenen Aufbereitung (Enteisenung, Entmanganung)Dolomitfil-ter zur Aufhärtung und Entaluminierung installiert. Außerdem sind an den Förder-brunnen seit den 1990er Jahren häufige-re Regenerationen der Filter notwendig (HARTINGetal.2000).

Die Schutzzone II des Wasserwerkes Wingst liegt in einer mit Nadelwald bestandenen Stauchendmoräne. Dort wurden Anfang der 1980er Jahre starke Waldschäden in-folge hoher Deposition von Stickstoff- und

DieseWasservorkommenbefindensichineiszeitlichgeprägten,quartären bzw. tertiären Grundwasserleitern aus Sanden und KiesenmitMächtigkeitenzwischen10mund30m.Teilweiseistein zweites oder drittes Grundwasserstockwerk vorhanden mit Geschiebemergel oder Geschiebelehm als Trennschichten. Als Bödenüberwiegen Podsole bzw.Gley-Podsole.Die Einzugsge-biete werden von Nadelwald dominiert.

DasGrundwasserausderSennewurdeursprünglichohneAuf-bereitunginsNetzeingespeist.Seit1974wurdeindenQuellbä-chenvermehrtAusflockungvonAluminiumhydroxidbeobach-tet. Die Aluminiumkonzentrationen im Rohwasser erreichten max.7,3mg/lbeipH-Wertenunter3,9(LÜKEWILLEetal.1984).Ende der siebziger Jahre traten verstärkt Ablagerungen an den Filterrohrschlitzen und an den Pumpenschaufeln auf, die zuverkürzterBetriebsdauerundzuerhöhtemAufwandfürdieRegenerationderFörderanlagenführten(BAUDISCH1989).AlsAbwehrmaßnahmen im Feld wurden durchgeführt: Kalkungder Flächen im Einzugsgebiet von Förderbrunnen, Bau vonSchlitzgräben, diemitDolomitkalk befülltwurden, sowie vonSchluckbrunnen,überdieKalkmilch infiltriertwurde(FISCHER1992).Mitteder1990erJahrewurdenwegenderProblemeimGrundwasserleiter drei Anlagen zur Einstellung des Kalkkoh-lensäure-Gleichgewichts und eine Anlage zur Entaluminierung eingerichtet(KULACZEWSKI2012).

Tabelle 5Niedersachsen,AnteilderGrundwassermessstellen„Wald“mitVersauerung(VersauerungsstufennachTab.2,Datenca.1980bis2010, WAESCH&JANKOWSKY2013)Lower Saxony, proportion of acidified groundwater observation wells ”forest“(for levels of acidification risk, see table 2, data appr. 1980 to 2010, WAESCH & JANKOWSKY 2013)Parameter Wertebereich Messstellen % Versauerungsstufe

pH-Wert4bis<5 9,7 versauert

5bis<6 25,6 schwach versauert

Hydrogenkarbonat* (mg/l)

0bis<0,25 18,9 schwach versauert bis versauert

0,25bis0,5 10,9 gefährdet

Aluminium (mg/l)

0,1bis<0,2 6,9 schwach versauert

>=0,2** 19,6 versauert*)HydrogenkarbonatberechnetausSäurekapazitätpH4,3;alsAlkalinitätbewertet**) Grenzwert nach TrinkwV

Abbildung 3 Niedersachsen, Messstellen „Wald“, pH-Wert (links) und Aluminiumkonzentration (rechts) inBezugzurTiefederFilteroberkante Lower Saxony, groundwater observation wells ”forest“, pH value (left) and aluminium concentration (right) versus filter depth

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den Grundeigentümer zustimmen. Dadurch soll die DepositionvonSäurebildnernvermindertwerden(s.Kap.7.2).ImBereichdesFuhrberger Feldeswurden seit 1994dieWaldflächen (2.000ha),diedieBrunnenumgeben,dreimalgekalkt,ohnedasseszurMo-bilisierungvonNitratkam.IndenübrigendreiGebietenwurdedieKalkungderWaldbödenwegendermöglichenverstärktenMobi-lisierung der Stickstoffvorräte (mit der Folge erhöhten Nitrat- und Säureaustrags) vermieden. Von keinem der Wasserversorger wur-dengesondertKostenfürMaßnahmenermittelt,diealleininfolgeder Versauerung notwendig wurden.

5 Grundwasser im Festgestein des Berglandes

WeiteBereichedesBerglandssindvonkalkfreienundkalkarmen,versauerungsempfindlichenGesteinen (Granite,Gneise, Schiefer,Sandsteine) und ihren Verwitterungsdecken aufgebaut. Zum Teil hohe Niederschläge und großflächige Bewaldung begünstigendenEintragvonfernverfrachteten,luftbürtigenSchadstoffen.DasVersauerungsgeschehen wird verbreitet von kleinräumig variie-rendenBodeneigenschaftenundhydrologischenGegebenheitenbeeinflusst. Vielfach werden Quellen zur Trinkwassergewinnunggenutzt.Außer inBrandenburg,Mecklenburg-VorpommernundSchleswig-Holstein sind in allen Flächenländern versauerungs-empfindlicheFestgesteinsarealeanzutreffen.

5.1 Gebiete mit Festgestein im ÜberblickDasGrundwasserderversauerungsempfindlichenFestgesteins-einheitenzeigteinden1980erbis1990erJahrenverbreitetVer-sauerungstendenzen (Tab. 7). Die niedrigsten pH-Werte (10 %allerMessstellenmit pHmax. 5,4) finden sich imGrundwasserder sauren Magmatite und Metamorphite (vorwiegend Granite und Gneise), zumal diese in Gebieten mit hoher Säuredepositi-on verbreitet sind. Auffällig hohe Aluminiumgehalte weist das Grundwasser in den paläozoischen Sedimentgesteinen auf.

Schwefelkomponenten festgestellt. Im Rahmen einer Fallstudie wurde nachgewiesen, dass die Versauerungsfront an den unter-suchtenBohrungen11bis27mTiefeunterGeländeerreichthat(WALTHERetal.2000).DieUnterschiedewerdenaufwechselhaftePuffereigenschaftendermiteinanderverzahntenLockersedimen-te(ZungenvonGeschiebemergel,Sande,Kiese)zurückgeführt.InderungesättigtenZone(1mund5munterGelände)zeigtdasSi-ckerwasser hohe Aluminiumkonzentrationen und eine sehr nied-rigeAlkalinität(Tab.6).UnterhalbderVersauerungsfront,hier imGrundwasserin32und43mTiefe,steigendiepH-Werteauf6,6bis7,9.DabeifallendieAluminiumgehalteextremunddieAlkalinitäterreichtpositiveWerte(CRAMERetal.2000).

EinFörderbrunnenmussteseit1990regeneriert,letztlichimJahr2009 wegen starker Verkrustung des Filters stillgelegt werden(WARNKE 2012). Die Rohwasserentnahmewird bei den übrigen20BrunnennochnichtdurchdieVersauerungberührt. Beiwei-terer Tiefenwanderung der Front ist auch der bisher unversauer-te Bereich des Trinkwasservorkommens gefährdet. Anhand vonKernbohrmaterial konnte die Verlagerungsgeschwindigkeit derVersauerungsfrontmit38JahrenproMeterabgeschätztwerden(bei Annahme unveränderter Säuredepositions- und Grundwas-serneubildungsraten).

DieVersauerungdesoberflächennahenGrundwassershatsichge-genüberdenerstenBeobachtungenbeidenzuvorbeschriebenenvierWasservorkommennichtwesentlichverringert(Senne:KULA-CZEWSKI2012,FuhrbergerFeld:RAUE&ZANDER2012,DüshornerHeide: HARTING et al. 2000,Wingst:WARNKE 2012). TechnischeGegenmaßnahmen, wie Regeneration von Brunnenfiltern undPumpen bzw. besondere Schritte zur Wasseraufbereitung, wer-densoweitnotwendigunvermindertweitergeführt.InallenvierGewinnungsgebieten wird langfristiger Waldumbau (Nadelwald zuMischwaldoderLaubwald)durchgeführt,soweitdiebetreffen-

Tabelle 6WasserwerkWingst,arithmetischeMittelvonpH-Wert,AluminiumkonzentrationundAlkalinitätimSicker-undGrundwasser(StandortPB30, SchutzzoneIIvon21Förderbrunnen,Messperiode1996–1999)(ausWALTHER&HARTING2009)Water works Wingst, pH value, aluminium concentration and alkalinity in seepage and groundwater (borehole PB 30, protection area II of 21 wells, period 1996–1999) (from WALTHER & HARTING 2009)Tiefe (m u GOK) pH-Wert Aluminium (mg/l) Alkalinität (mmolc/l)

Sickerwasser1m 4,3 4,5 –0,67

Sickerwasser5m 4,3 10,3 –1,30

Grundwasser32m 6,6 0,03 +0,21

Grundwasser43m 7,9 0,07 +1,76

Tabelle 7pH-WertundAluminiumgehaltimGrundwasserversauerungsempfindlicherFestgesteine(nachKUNKELetal.2004,Datenüberwiegendaus1980er bis1990erJahren)pH value and aluminium concentration in groundwater of acid-sensitive solid bedrock (after KUNKEL et al. 2004, data mainly from 1980ies to 1990ies)Parameter Grundwasserleiter Anzahl Messstellen 10 % 50 % (Median) 90 %

pH-Wert

saure Magmatite, Metamorphite 801 5,4 6,0 7,0

paläozoische Sedimente 990 5,9 7,0 7,5

Buntsandstein 1.630 5,7 6,7 7,5

unterer Grenzwert TrinkwV 6,5

Aluminium (mg/l)

saure Magmatite, Metamorphite 653 <0,01 <0,01 0,05

paläozoische Sedimente 869 <0,01 0,01 0,24

Buntsandstein 1.376 <0,01 0,01 0,06

Grenzwert TrinkwV 0,2

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5.3 Probleme der WasserversorgungDie Wasserversorgung im Bergland bzw. Mittelgebirge standvor allem dort vor großen Herausforderungen, wo sie durch kleinräumige, dezentrale Versorgungsstrukturen in Verbindung mit versauerungsempfindlichen, oberflächennahen Grundwas-serkommengeprägtist.U.a.inBayernundBaden-Württembergbestandenbisindie1980erJahreoftsehreinfache,zumTeilauchungenügend gewartete Anlagen zur Rohwasserentsäuerung(BARUFKE1995,BITTERSOHLetal.1997,RÖDERetal.1984).Zu-dem besaßen tausende von Eigenwasserversorgern keine Aufbe-reitungstechnik. Mit zunehmender Versauerung des Rohwassers nahmen die Probleme zu bei• Einhaltung der Trinkwassergrenzwerte bezüglich pH-Wert

und Metallen (Aluminium, Mangan, Eisen, auch Kupfer ausHausinstallationen),

• FilterbetriebundBeseitigungvonFilterschlämmen,• SanierungkorrodierterWassergewinnungs-undVerteilersys-

teme,• technischenKenntnissenundRessourcenfüreinesituations-

angepasste Sanierung und Modernisierung.

5.2 Situation in einzelnen BundesländernIn Baden-Württemberg gelten etwa 20 % der Landesfläche alssensitiv für Gewässerversauerung (LUBW 2010). Im Jahr 2007wiesen7,8%allerGrundwasser-undQuellenmessstelleneinenpH-Wertvonunter6,5auf.BeietwajederfünftenGemeindeimSchwarzwald und jeder zehnten Gemeinde im Odenwald be-stehtVerdachtaufanthropogeneVersauerungderoberflächen-nahgespeistenTrinkwasserquellen.ImGebietderKleinenKinzig(Buntsandstein, Hangschutt) lagen die pH-Werte untersuchterQuellenimZeitraum2005–2007bei5,6–6,6.Dasistum0,1bis0,6EinheitenhöheralsimMesszeitraum1994–1996.

In Sachsen zeugen pH-Werte bis unter 4,5 von bereichsweisedrastischerGrundwasserversauerung(SLUG2007).SehrniedrigeWerte treten in Sanden, Sandsteinen und sauren Magmatiten auf. Entsprechend niedrig sind die in der Bodenzustandserhebung(BZE)ermitteltenpH-WertederWaldböden.Währendsichdiesezwischen1990(BZEI)und2007(BZEII)leichterholten,nahmendieBasensättigungenvorallemintieferenBodenhorizontenwei-terab(HEINTZE&ANDREAE2011).

Bayern besteht zu etwa einem Viertel aus besonders versaue-rungsempfindlichenGebieten.HierwardasGrundwasserimJahr1989an14%(Kristallingebiete)bzw.5%(Buntsandsteingebiete)alleruntersuchtenGrundwassermessstellen(überwiegendQuel-lenderWasserversorgung) stark versauert.Nach20 Jahrenhatsich die Versauerungssituation, gemessen am pH-Wert, erheblich verbessert(Tab.8).Esistanzunehmen,dassandenQuellenmess-stellen die Säureentlastung der oberflächennahen Sickerwegewesentlich mitgewirkt hat. Tiefes, unversauertes Grundwasser ist nuraneinigenTrinkwasserbrunnen imklüftigenBuntsandsteinerschlossen.

Im Untersuchungsgebiet Lehstenbach (Fichtelgebirge, Granit)wird langfristig beobachtet, wie das Signal abnehmender Säure-belastung von oben nach unten durch den Sickerraum wandert (Abb.4).DasanfangsamstärkstenversauerteSickerwasser(0,5m Messtiefe) wird am stärksten entlastet. Die Grundwassergefähr-dung bzw. -belastung durch Säurezufuhr aus dem tieferen Si-ckerraumbleibtabernochwirksam.ImLehstenbach-GebietliegtdieVersauerungsfront2bis4m,max.auchmehrals10munterGelände.IhreweitereTiefenwanderungwirdmit50bis200Jah-renproMeterangenommen(BITTERSOHLetal.1997).Endeder1990er Jahrewaren inden tiefgründigenVerwitterungsbildun-gen 3.300 kg/ha remobilisierbarer Sulfat-Schwefel gespeichert(ALEWELL et al. 2001). PRECHTEL et al. (2001) prognostizieren,dass die Sulfatausträge infolge Remobilisierung noch mehrere Jahrzehnte erhöht sein werden und entsprechend die Regenera-tiondesGrund-undBachwassersverzögern.

Tabelle 8VersauerungdesGrund-undQuellwassersindensensitivenGrundwasserleiternvonBayern,Daten1989(BITTERSOHLetal.1997):VersauerungsstufenachkombiniertemBewertungsschlüssel;Daten2007-2009(BLFU2011):VersauerungsstufenachpH-WertDevelopment of acidification of groundwater and spring water in sensitive aquifers of Bavaria, data 1989 (BITTERSOHL et al. 1997): acidification level according to combined valuation; data 2007–2009 (BLFU 2011): acidification level according to pH valueGrundwasserleiter Messjahr stark versauert (%) schwach versauert (%) zum Teil gefährdet (%) Anzahl Messstellen

Kristallingesteine 1989 14 69 17 288

2007–2009 4 21 75 57

Buntsandstein 1989 5 85 10 59

2007–2009 0 22 78 30

Abbildung 4 HydrologischesMessgebietLehstenbach/Fichtelgebirge,Messfläche01:Zeitliche Entwicklung der Sulfatkonzentration in Niederschlag, Sicker-wasserundGrundwasser(BLFU2010) Hydrological research area Lehstenbach/Fichtelgebirge, site 01: temporal development of sulphate concentration in precipitation, seepage water and groundwater (BLFU 2010)

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Teile des Rohrnetzes erneuert. Aufhärtung und Entaluminierung des Rohwassers erfolgen seitdem in einer zweisäuligen Jurakalk-FilteranlagemitRückspültechnik.

Zur weiteren Verbesserung der Gewinnungssituation konnte übereineTiefbohrung imklüftigenGranitGrundwassermitei-nergenehmigtenEntnahmevon5l/serschlossenwerden.TrotzeinerEntnahmetiefevon70mistdasVorkommenversauert. InAbhängigkeit von Fördermenge und Grundwasserneubildungs-rateschwankendiepH-Wertevon4,7bis5,8unddieAluminium-gehaltevon0,19bis0,40mg/l.DurchdenTiefbrunnenwurdedieortsnahe Wasserversorgung langfristig gesichert. Ein erhöhter technischerAufwandinfolgederversauerungsbedingtenBelas-tungenistjedochweiterhinerforderlichDieMehrkostenhierfürwurdennichtquantifiziert(MÜLLER2012).

6 Oberirdische Gewässer

Im norddeutschen Tiefland sind oberirdische Gewässer nurvereinzelt von Versauerung betroffen, da in den meist großen Einzugsgebieten die neutralisierenden Einflüsse aus Landwirt-

schaft, Abwassereinleitungen und den im Untergrund noch pufferfähigen Substratenüberwiegen. Eine Besonderheit ist die nichtdepositionsbedingte Gewässerversauerung inFolgedesBraunkohletagebaus.Sie istu.a.in NIXDORF et al. (2000) und GRÜNEWALD(2012)umfangreichdargestellt.

6.1 Bäche der MittelgebirgeIm Bergland sind überwiegend die quellna-hen Bachabschnitte und einzelne hochgele-gene Kleinseen versauert. Vielfältige lokaleEinflüssewie dieHöhe der Säuredeposition,dieVersauerungsempfindlichkeit der Böden,die Lage der Versauerungsfront, die Säure-speicherung imUntergrundunddieAusprä-gung der Abflusskomponenten (s. Kap. 4)bestimmen den Versauerungsgrad der oberir-dischen Gewässer sowie dessen Reversibilität.

EinBeispielfürstarksaureVerhältnisseistdieMessstelleGräfenbach/Hunsrück.SieliegtimBereich der sehr pufferschwachen quarziti-schen Formationen des zentralen Hunsrück.Trotz kräftigen Anstiegs der pH-Werte und Halbierung der Sulfatgehalte ist der Gräfen-bach immer noch als stark versauert einzu-stufen (Abb. 6, unten). VersauerungsschübeerreichtenbisEndeder1990erJahrepH-Wer-te unter 4,0, danach pH-Werte um 4,5. Fürdas bis 2003 untersuchte Makrozoobenthoswurde nahezu durchgängig die schlechteste Säurezustandsklasse5indiziert.

Andererseits wird an vielen schwach versau-erten Bächen wie der Langen Bramke/Harzin Trockenzeiten (Basisabfluss) eine nahezuunbelasteteWasserqualität bzw. ein natürli-cherweise schwach saurer Charakter erreicht (Abb. 6, oben). Versauerungsschübe tretennur noch abgeschwächt auf, was sich auf die

NacheingehendenUntersuchungenindenbetroffenenBundes-ländernwurdenseitden1980er JahrenverschiedeneMaßnah-meneingeleitet.FürBayernsindbeispielhaftzunennen:• ErprobungundgezielteBeratungbeiAufbereitungstechnik,

Anlagenwartung,Netzsanierung,Hausanschlüssen,Betriebs-management,

• Auflassung zahlreicher nicht sanierungsfähiger Kleinan-lagen,

• Bildung von Versorgungsgemeinschaften, Anbindung anFernwasserversorgung.

DieWasserversorgung Kirchenlamitz (Fichtelgebirge) wird hierbeispielhaftfürdieProblemlagenvielerkleiner,ortsnaherTrink-wassergewinnungen vorgestellt. Über lange Zeit wurde das Roh-wasser aus mehreren Quellengruppen im verwitterten Granitgewonnen(MÜLLER2012).DieRohwasserentsäuerungerfolgteanfangs ungesteuert (keine Zulaufregulierung, Jurakalk-Filter ohneRückspülung,händischeFilterräumungund-nachfüllung).Ausgelöst durch die zunehmende Versauerung des Rohwassers (s.Abb.5:pH-Minimum4,9imJahr1993)wurdeninden1990erJahren eine moderne Wasseraufbereitungsanlage installiert und

Abbildung 5 WasserversorgungKirchenlamitz(Fichtelgebirge),pH-WertundAluminiumgehalteimRoh-wassereinerTrinkwasser-Quelle Water supply Kirchenlamitz (Fichtelgebirge), pH value and aluminium concentration in raw water of a drinking water spring

Abbildung 6 pH-WertGräfenbach(Hunsrück)1983–2010undLangeBramke(Harz)1980–2010(BLFU2013) pH value Gräfenbach (Hunsrück) 1983–2010 and Lange Bramke (Harz Mountains) 1980–2010 (BLFU 2013)

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Quellbächen, teils auch von Hangabflüssen und randlichenGrundwasserzutritten ihre Stoffzufuhr. An SedimentprofilenwurdenIndustriebedingteSäureeinträgeseitdem19.Jahrhun-dertnachgewiesen(STEINBERGetal.1984).Generellwurdenanversauerten Kleinseen und Mittelgebirgsbächen vergleichbareErholungsprozessebeobachtet. ImBayerisch-BöhmischenWaldwurdenimSpätsommer1999einigeKleinseenundihreZuläufealsbiologischpermanentversauerteingestuft,obwohllangjäh-rige hydrochemische Untersuchungen bereits eine deutlicheRegenerationnachweisenkonnten (SCHAUMBURGetal. 2000).In den Seekörpern lagen die pH-Werte höher als in den Zuläufen (Stichprobe1999),bliebenaberunterpH6,0(VRBAetal.2000).Die oberste Wasserschicht ist meist deutlich saurer als der Tie-fenbereich(Tab.10).SoweitdieKleinseendesBayerisch-Böhmi-schenWaldeseinen(natürlichenoderkünstlichen)Fischbestandhatten,istdieserdemVersauerungsdruckabden1950erJahrenzumOpfergefallen.AnversauertenKleinseendesSchwarzwal-des zeigten die Amphibienpopulationen im Verlauf der Regene-ration eine deutliche Verringerung der Schädigungsraten von Eiern und Larven sowie eine Erhöhung der Bestandesdichten(BÖHMER2002).

7 Zur Wirksamkeit von Gegenmaßnahmen in der Fläche

7.1 EmissionsminderungInfolge nachlassender Säureeinträge seit den 1990er Jahrenentwickeln sich die versauerten Böden und Gewässer größ-tenteils positiv. Andererseits ist fast die Hälfte der sensitiven Gesamtfläche inDeutschlandnochnichthinreichendvorVer-sauerungsschädengeschützt.InBezugaufSchwefelgelangdieEmissionsminderung sehr gut. Dagegen bildet die potenzielle Versauerungswirkung des deponierten Stickstoffs ein anhalten-des Risiko und erfordert eine weitere Reduzierung der Emissio-nen,insbesondereindenBereichenKfz-Verkehr,SchiffsverkehrundLandwirtschaft.BesondersdringlichisteinenochstärkereReduzierung der Emissionen von reduziertem Stickstoff (Am-

Gewässerorganismen positiv auswirkt. So entwickelte sich das MakrozoobenthosanderLangenBramkevonKlasse5 (perma-nentsauer)nachKlasse2(episodischschwachsauer),wobeidieGesamt-Artenzahldeutlich anstieg (SCHAUMBURGet al. 2010).Der Zusammenhang von Versauerungsentwicklung und Fisch-populationistwegendeserheblichenBeobachtungsaufwandes,vielfacher sonstiger Umwelteinflüsse und unklarer historischerKonstellationenschwierigzufassen.ImSchwarzwaldundOden-waldhatsichdieWasserqualitätversauerterBächesoweitver-bessert,dasssichBestandesdichteundAltersstrukturderFisch-beständeerholenkonnten(LUBW2010,RATHKENS2003).Soweitbesonders im Frühjahr noch Versauerungsepisoden auftreten,könnensiedieReproduktionvonBachforellenbeeinträchtigenund die Population instabil halten. Andernorts noch anzutref-fende,starkversauerteBäche(z.B.imFichtelgebirge,Erzgebirge)bleiben anhaltend besiedelungsfeindlich.

IndenmeistenBächengingendieSulfat-Konzentrationendeut-lichzurück.AberdurchdieRemobilisierungdesnochimSicker-raumgespeichertenSchwefelsübersteigendieSulfat-Austrägedie abnehmenden atmosphärischen Einträge zunehmend (ALEWELL et al. 2000). Dieser für etliche Mittelgebirgsbächenachgewiesene Prozess verzögert ihre Regeneration erheblich (PRECHTELetal.2001).

Nach Trenduntersuchungen für 79 Mittelgebirgsbäche inDeutschland setzte die Regeneration Mitte der 1980er Jahreein(SUCKERetal.2011).DiemeistensignifikantenKonzentra-tionsabnahmenwurdenfürSulfatfestgestellt(Tab.9).Diezeit-lichenTrendssind fürNitratamwenigsteneindeutig,wasaufdie unterschiedlichen Einflüsse von Deposition, mikrobiellenProzessen und Waldbewirtschaftung (einschließlich Kalkung)zurückzuführenist.

6.2 Versauerung von Kleinseen der MittelgebirgeIn Mitteleuropa sind hoch gelegene Kleinseen der bewalde-ten Mittelgebirge von Versauerung betroffen. Sie erhalten von

Tabelle 9AnteilBächemitsignifikantnegativenoderpositivenTrends(Abnahme/ZunahmeStoffkonzentration,Abnahme/ZunahmepH-Wert)(SUCKERetal.2011)Proportion of brooks with significantly negative or positive trends(SUCKER et al. 2011)Parameter SO4 pH Ca Mg Al Mn NO3

Trendnegativ(%) 89 6 61 46 61 71 53

Trendpositiv(%) 0 67 14 16 11 4 27

AnzahlBäche 70 78 69 69 61 52 77

Tabelle 10KleinseenimBayerisch-BöhmischenWald,hydrochemischerZustandimSpätsommer1999(ausVRBAetal.2000)Small lakes in the Bavarian-Bohemian Forest, hydrochemical state in late summer 1999 (after VRBA et al. 2000)See Tiefe DO pH ANC DOC SO4 Al (ion.)

m mg/l µmol/l mg/l mg/l mg/l

Cerne Lake (Schwarzer See)0,5 8,75 4,78 -23 2,25 4,06 0,27

37 5,70 4,97 -9 1,24 4,16 0,18

Plesne Lake (Plöckenstein-See)

0,5 9,17 5,17 -2 2,77 4,56 0,06

17,3 0,46 5,84 70 5,58 4,15 0,01

Rachelsee0,5 8,20 4,97 -20 0,91 3,00 0,10

12,5 0,10 5,93 151 3,21 2,02 0,03

Kleiner Arbersee0,5 8,26 5,51 -1 2,95 3,08 0,03

8 0,54 5,48 30 2,45 3,09 0,01DO:gelösterSauerstoff,ANC:Säureneutralisierungskapazität,DOC:gelösteorganischeKohlenstoffverbindungen,Al(ion):Al3+,Al(OH)2+,Al(OH)2+

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nahenFließwegeandiekalkbeeinflusstenBodenhorizonte,wer-den aber auch entsauerndeWirkungen in Bächen beobachtet (SUCKERetal.2009).KalkungenkönnenzueinererhöhtenMobi-lisierungvonStickstoffführen,wennbeispielsweiseHumusaufla-genverstärktmineralisiertwerden(KREUTZER1995).Standorte,bei denen eine verstärkte Nitratauswaschung zu erwarten ist, solltendahervonKalkungenausgespartwerden.Sicherheitshal-ber wird in Trinkwasser-Einzugsgebieten und auf Gewässerrand-streifen meist nicht gekalkt.

MooreundNassböden sind imBergland vor allem inQuellbe-reichen und Senken der Einzugsgebiete anzutreffen. Sie wirken vielfach reduzierendaufoxidiertenSchwefel (Sulfat)undStick-stoff(Nitrat)undsomitentsauerndaufdieimKontaktstehendenFließgewässer. Entwässerungen solcher Standorte sind dement-sprechend zu vermeiden bzw. Maßnahmen zum Erhalt und zur Reaktivierung von Feuchtbiotopen zu fördern.

8 Zusammenfassung

Die anthropogene Versauerung von Böden und Gewässerndurch Säuredeposition wird häufig als historisches Phänomenwahrgenommen. Sie ist jedocheingroßräumigerUmweltscha-den,derüberlangeZeitnachwirktundineinigenRegionenbisheutedieQualität vonBödenundGewässern (Oberflächenge-wässer, Grundwasser und Quellen) beeinträchtigt. BisherigeErkenntnisse lassen offen, ob und in welchem Umfang einevorindustrielle Gewässerqualität wieder erreicht werden kann. UrsachederGewässerversauerungwarenhoheEmissionenvonSäuren und Säurebildnern aus Industrie, Verkehr, Haushalten und Landwirtschaft,dieletztlichalsSäuredepositionindiebesondersempfindlichen Waldgebiete gelangten. Die Gewässerversaue-rung äußert sich u.a. in sinkenden pH-Werten und zunehmenden Spurenmetallgehalten (besonders Aluminium), gewässerbiolo-gisch in abnehmender biologischer Vielfalt und Zunahme einiger säureresistenter Arten. Die Trinkwasserversorgung ist technisch undfinanziellstärkergefordert.

InDeutschlandwerdendiekritischenBelastungsratenfürSäure-depositionaufgroßerFlächenochgeringfügigbismäßigüber-schritten. Einer weitergehenden Entlastung steht entgegen, dass die Stickstoffdeposition trotzRückgangweiterhinüberderBe-lastbarkeitsschwelle liegt.FürdieEmissionvonStickoxidenausVerbrennungsprozessen wurden zumindest Teilerfolge erzielt, allerdings begrenzt durch die erhebliche Zunahme des Verkehrs-aufkommens und leistungsstärkerer Motoren. Wenig Wirkung erzielten bislang die Maßnahmen zur Emissionsminderung von reduziertemStickstoff (Ammoniak,Ammonium) imBereichderLandwirtschaft. Diese Stoffe haben eine kürzere Verweilzeit inder Atmosphäre, weshalb sie vor allem in Regionen mit hoher Viehdichte als Nahimmissionen ein anhaltendes Versauerungsri-sikofürdiedortigenBödenundGewässerdarstellen.

In den norddeutschen Lockergesteinen sind Sickerraum undoberflächennahesGrundwasserunterWaldgebietenzumTeilbismehrals10munterGeländeversauert.DiesetiefreichendeVer-sauerung und hohe Verweilzeiten des Grundwassers bedingen, dass für eine RegenerationdesGrundwassersmit Jahrzehntenbis Jahrhunderten gerechnet werden muss. Je nach Puffereigen-schaftenderimUntergrundverzahntenSedimentekanndieVer-sauerung örtlich und regional variieren. Von betroffenen Trink-wasserversorgern wird ein situationsangepasstes Management

moniak, Ammonium) in den Regionen mit intensiver Viehhal-tung.

7.2 Forstliche MaßnahmenForstliche Maßnahmen können die Struktur der Waldbestände und derWaldböden sowie deren Säure-Base-Status verändernund damit auf Versauerungsprozesse einwirken bzw. deren Re-versibilitätbegünstigen.

Stabile Waldstrukturen mindern das Risiko von Waldschäden und damit plötzliche Säurefreisetzungen, wie sie beispielweise im BayerischenWaldaufgrundvonBorkenkäferschädenmitnach-folgender Nitratmobilisierung aufgetreten sind (ZIMMERMANN etal.2000).HoheStickstoffeinträgebewirkeneinezunehmende„Stickstoffsättigung“ vieler Waldökosysteme mit der Gefahr er-höhter Nitratauswaschung und damit induzierter Versauerung. Dementsprechend muss das Stickstoffspeichervermögen der Böden, z.B. durch die Einbringung von tiefwurzelnden Baum-arten, erhalten bzw. gesteigert und das Nitrataustragsrisiko vermindert werden. Gleichzeitig muss aber insbesondere auch vermieden werden, dass evtl. vorhandene RohhumusauflagendurchBodenverletzungoderstarkeErwärmung(z.B.großflächi-ge Kahlschläge) zu schnellmineralisiert werden und Stickstofffreigesetztwird.NachKahllagen infolgevonHolznutzungoderWaldschädenbegünstigteinezügigaufkommendeBodenvege-tation und Wiederbestockung den Verbleib mobilisierten Stick-stoffs im Ökosystem.

DieStruktur vonWäldern (Rauigkeit,Oberfläche)bestimmtdieAbscheidung von deponierten Luftschadstoffen. Dementspre-chend treten in hohen, dichten Waldbeständen die höchsten Depositionsratenauf(MOHRetal.2005).Diesgiltinsbesonderefür Nadelbaumarten, die auch während der VegetationsruheeinegroßeOberfläche aufweisen.Die forstliche SteuerungderDepositionüberBaumartenwahlundBestandesbehandlung istallerdingsnureingeschränktalsOptionanzusehen,dadiesnureineVerlagerungderLuftschadstoffeanandereOrtebewirkt.

Durch die Entnahme von Biomasse (Holzernte) wird ein Über-schuss an Alkalinität dem Ökosystem entzogen und damit Ver-sauerung induziert (ULRICH1994). InsbesonderedieEntnahmevon nährstoffreichen Biomassekompartimenten wie Nadelnoder Reisig hat eine starke Versauerungswirkung. Daher sollte angesichtsdeszunehmendenBedarfsanBiomasseausWäldernfürenergetischeNutzungenauchderAspekteinerzusätzlichenVersauerungswirkung geprüft werden bzw. Alkalinität in FormderHolzaschezurückgeführtwerden.EssolltenurRostaschevonunbehandeltem Holz verwendet werden. Die stark alkalische Holzasche muss vor der Ausbringung durch Karbonatisierungbzw.MischungmitKalkoderorganischemMaterialneutralisiertwerden(ETTLetal.2010,ZIMMERMANNetal.2010).

ForstlicheKalkungenversauerterWaldbödenerfolgenmeistmit2 bis 6 Tonnen pro Hektar und werden zum Teil mehrjährlichwiederholt. Sie werden mit unterschiedlicher Intensität in allen Bundesländern durchgeführt. Seit den 1980er Jahren wurdenin Deutschland 3,3 Mio haWald gekalkt, von denenmehr als50% auf Rheinland-Pfalz, Niedersachsen undNordrhein-West-falenentfallen(JACOBetal.2013).EinedirekteWirkungaufdieGrundwasserqualität ist wegen der geringen Tiefenwirkung von Kalkungen nur langfristig möglich (MEESENBURG et al. 2001).Unter günstigen Umständen, d.h. Anschluss der oberflächen-

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water.Presentfindings leaveunclearwhetherandtowhichex-tent it will be possible to achieve pre-industrial water quality in future.Wateracidificationhasbeencausedbyhighemissionsofacids and acid precursors from industry, traffic, households and agriculture, which are deposited in vulnerable forested regions. TypicalindicationsofwateracidificationaredecreasedpHvaluesand rising concentrations of trace metals, especially aluminium. Acidifiedsurfacewatersusually showreducedbiologicaldiver-sity and increased abundance of few acid resisting species. The abstractionofdrinkingwaterfromacidifiedsourcesoftencauseshigher costs and increased technical efforts.

Critical loads foraciddepositionarestillbeingslightlyexcee-ded in large regions of Germany. A further reduction is being hampered by ongoing high emissions of nitrogen compounds. Thedesired reductionof emissionsofnitrogenoxides is onlypartly successful due to a considerable increase in traffic volu-me as well as more powerful motor vehicles. Measures to reduce emissions of ammonia and ammonium produced rather small effects. These nitrogen species are predominantly transported over short distances. Especially in regions of intensive animal husbandryacontinuousriskforsoilandwateracidificationwillpersist.

Depending on the buffering characteristics, the seepage zone below forests in north German glacial and periglacial sediments ispartlyacidifiedtoadepthofmorethan10mresultinginanaci-dificationof theuppergroundwateraquifer.Groundwatermaytakebetweendecades and centuries to recover fromacidifica-tionowingtodeepacidificationfrontsandhighresidencetimesof groundwater. Affected drinking water suppliers implement an adjustedmanagement including specialwater treatment tech-niques and silvicultural measures in the recharge area. In the long term,theuseofacidifiedgroundwaterandspringwatercausesincreased efforts and costs.

In mountainous regions of Germany, acid-sensitive soils on non-calcareous bedrock predominate. Shallow groundwater is usually characterizedbylocallyvaryingdynamicinfluencesfromthesee-pagezonewithanacidificationfrontin1to5mdepth.Ground-wateracidificationhassignificantlydecreased inmanyregions,mostofallinformerlyhighpollutedareas.Theacidificationstateremainscriticalforgroundwaterresourceswithdeeplyacidifiedsoils due to a long-lasting remobilisation of formerly stored acids. Small water supplies using spring water often were unable tocopewiththeincreasingacidificationofrawwater.Sincethe1980ies,manysmallsupplysystemshavethereforebeenaban-doned, replaced, merged into regional networks, or connected toadistantwatersupply.Ingeneral,specificadvicebythecom-petentauthoritieshasbeenintensified.Quantitativeinformationregarding additional efforts and costs caused by groundwater acidificationisunfortunatelynotavailable.

Streamwater acidification ismost severe in headwaters of fo-rested mountainous catchments. Due to a reduction in the de-position of acidity,most acidified streams have experienced arecoveryfromacidification,i.e.increasingpHvalueandalkalinity,decreasing aluminium concentration, and reestablishment of acid-sensitivespecies.Therecoveryofheavilyacidifiedstreamshas been most pronounced, but these water bodies continue to behighlyacidified.Theintensityofacidepisodeshasbeenwea-kenedbecauseofadecreasedacidityoflateralfluxesfromupper

durchgeführt, das versorgungstechnische und forstliche Maß-nahmen umfassen kann. Erhöhte Aufwände bei der Nutzung ver-sauertenGrund-undQuellwasserssindlangfristigerforderlich.

Im Bergland sind kalkarme und kalkfreie, somit versauerungs-empfindlicheBödenundGesteinevorherrschend.HierwirddasoberflächennaheGrund-undQuellwasservondenoftkleinräu-migwechselnden,dynamischenEinflüssenausdemversauertenSickerraumgeprägt (Versauerungsfrontmeist 1–5munterGe-lände).DerVersauerungsgraddesGrund-undQuellwassershatinfolge der verringerten Säureeinträge deutlich abgenommen, am stärksten in ehemals hoch belasteten Gebieten. KritischbleibtdieSituationfürGrundwasservorkommenmitmächtigenversauerten Deckschichten, aus denen weiterhin gespeicherte Säurevorräte nachgeliefert werden. Viele, oft quellengestützteKlein-undKleinstwasserversorgungenwarenderzunehmendenVersauerung des Rohwassers nicht gewachsen. Daraufhin wur-denseitden1980erJahrenAnlagenaufgelassenodermoderni-siert, Zusammenschlüsse organisiert und die Beratung seitensderFachbehördenintensiviert.DiedurchGrund-undQuellwas-serversauerung einmalig bzw. langfristig erhöhten Aufwendun-gen sind nicht gesondert ausgewiesen.

DerRückgangderSäuredepositionbewirkteindenmeistenver-sauerten Fließgewässern einen Trend zur Erholung (Anstieg von pH-Wert und Alkalinität, Abnahme der Aluminiumgehalte, Wie-derbesiedelung durch säuresensible Arten). Ursprünglich starkversauerte Fließgewässer verbesserten sich am meisten, bleiben abernochamstärkstenbelastet.Die früherbesondershäufigeepisodische Versauerung ist abgeschwächt, da die Azidität von Oberflächenabfluss,SchneedeckenabflussundlateralemBoden-abfluss deutlich abgenommen hat. DieVersauerung von Seenist weitgehend auf hochgelegene Kleinseen der Mittelgebirgebeschränkt. Ihre hydrochemische Regeneration folgt den mehr oder weniger positiven Trends in den Zuläufen. Eine Wiedererho-lungderBiozönosenistzumTeilnachgewiesen.

Waldumbau in Richtung stabiler Laub- und Mischwälder min-dert i.d.R.dasRisikofürerhöhtenNitrat-undSäureaustrag.DiePuffereigenschaften der stark versauerten Waldböden sind teil-weise langfristig beeinträchtigt, und die Verluste an puffernden Basen-Kationen halten auf vielen Standorten an, wenn auchauf niedrigem Niveau. In diesem Zusammenhang ist auch die übermäßigeEntnahmevonnährstoffreicherBiomassezurener-getischenNutzung(Vollbaumernte)kritischzuprüfen.EsbleibtdaherdieStabilisierungderWaldbödenalsPflanzenstandortundalsTransferzonefürmöglichstunbelastetesWassereinewichtigevonderForstwirtschaftzuleistendeAufgabe.AuchwennmitBo-denschutzkalkung und Waldumbau keine unmittelbare Wirkung gegen die Gewässerversauerung erzielt werden kann, können sie ein langfristigwertvoller Beitrag zumGewässerschutz sein.Angesichts der schwierigen Gestaltung eines effizienten Gewäs-serschutzes bei landwirtschaftlich genutzten Flächen bleiben Waldgebiete die bevorzugten Trinkwasserlieferanten.

Summary

Theanthropogenicacidificationofsoilsandwatersbyacidde-position is often regarded as a historical phenomenon. How-ever, it proves to be an almost global environmental threat with long-term effects, in some regions seriously impairing the quality of soils and waters, i.e. surface waters, groundwater and spring

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Theestablishmentofresilientdeciduousandmixedforestsredu-ces the risk of an enhanced output of nitrate and acids. To some extent, thebuffercharacteristicsofheavilyacidified forestsoilsare considered to be irreversibly damaged. In some regions, loss of base cations is persisting, albeit at a low level. Therefore, an intensifiedutilisationofbiomasscompartmentswithhighbasecationcontents forenergeticuseshouldbecriticallyexaminedregarding the acid-base budget of the ecosystem. Therefore, the stabilisation of forest soils as vegetation site and transfer zone for preferably unpolluted water continues to be an important task for forest management. Even if soil liming and forest conversion havenoimmediateeffectonwateracidification,theymaymakea valuable contribution to the sustainable protection of water in the long run. Considering the high risk of groundwater pollution in areas with agricultural land use, forested areas nevertheless remain preferred recharge areas for drinking water.

Anschrift der Verfasser:Dr.J.BittersohlAindorferstr.2,80686Mü[email protected]

Prof. Dr.-Ing. W. WaltherTechnischeUniversitätDresdenInstitutfürGrundwasserwirtschaft01062Dresden

privat:Rolandstr.1,31137Hildesheim

Dr. H. MeesenburgNordwestdeutsche Forstliche VersuchsanstaltGrätzelstr.2,37079Göttingen

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