Langfristige Stoffdynamik in kleinen Wassereinzugsgebieten · 2008. 4. 8. · 1 Bayerisches...

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Bayerisches Landesamt fürUmwelt

Langfristige Stoffdynamik in kleinen Wassereinzugsgebieten

Dr. Jochen BittersohlBayerisches Landesamt für Umwelt

Seminar "Wasserkreislaufparameter"31. März bis 1. April 2008 Schloss Seggau bei Leibnitz (Ö)

LfU / Ref. 83 / Dr. Bittersohl / 31.03.20082

Seminar "Wasserkreislaufparameter" 2008 Bayerisches Landesamt fürUmwelt

Monitoring Wasserkreislauf als übergreifende Messaufgabe

Aufgaben des Gewässerkundlichen Dienstes (s. Vortrag Sprenger)

• Ermittlung von Wasser- und Stoffflüssen• Untersuchung hydrologischer Prozesse• Weiterentwicklung der Monitoringmethoden

Vom sektoralen zum übergreifenden Ansatz• Koordination sektoraler gewässerkundlicher Programme in der Fläche• Übergreifendes gewässerkundliches Monitoring in exemplarischen Gebieten• Medienübergreifendes Monitoring (Luft-Boden-Wasser) in exemplarischen

Gebieten: Integriertes Messnetz Stoffeintrag – Grundwasser (MSGw)

Ausgangsthema: Wirkungen der Luftverschmutzung ("Saurer Regen")Erkenntnis: Direkte Gewässerüberwachung z. T. unzureichend. Wirksamer Gewässerschutz funktioniert medienübergreifend. Komplexe Prozesse erfordern komplexe Messprogramme. Monitoring-Grundlagen: LAWA-RL "Niederschlagsbeschaffenheit" (1998) und "Sickerwasser" (2003), IHP/OHP "Kleine Wassereinzugsgebiete" (1995)

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Grundkonzept Integriertes Messnetz (1)

zur Zeit7 Messgebiete in 4 wasserwirt-schaftlichbedeutenden Naturräumen(und WKS-StandortAlpen/Tegernsee)




Für 7 exemplarische, kleine Wassereinzugsgebiete liefern ca. 350 Messpunkte/Sensoren, aggregiert zu ca. 120 Mess-stellen, physikalische und chemische Daten aus dem Wasser- und Stoffkreislauf.(Sonderprogramm WKS/LfU am Standort Tegernsee)

Ziel

Langfristige Erfassung des Wasser- und Stoffhaushalts und seiner Belastungen in Referenzgebieten mit Berück-sichtigung der Landnutzung und des Sickerwassers

seit 1987/88: Wasserchemie und Stoffhaushalt für 4 Gebiete

seit 1995/97: Klima, Bodenwasser, Wasserchemie und Stoffhaushalt für alle 7 Gebiete (z.T. Daten Dritter)

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Betreuung vor Ort durch Teams der Wasserwirtschaftsämter in Zusammenarbeit mit dem LfU:

- QS-Konzept (mit UMS) - Probenahme - Wartung - Datenbereitstellung

Jahres-Dienstbesprechung 2001, WWA Donauwörth, Messgebiet Nördliches Lechfeld



Messkonzept Integriertes Messnetz (1)

Monitoring hochfrequent

7 Kompartimenteim Wasserkreislauf

• Standortklima• Niederschlag Freiland• Niederschlag Waldbestand• Sickerwasser, 2 (-4) Ebenen• Grundwasser, Quellwasser• Gebietsabfluss (Pegel, Brunnen)• örtliches Trinkwasser (Rohwasser)

Hochspessart

Metzenbachtal

Intensivmess-fläche 01 (Bu)

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Messkonzept Integriertes Messnetz (2)

Monitoring niederfrequentund weitere Standortdaten

• Bodendauerbeobachtung, Tiefenprofile • Wald: Bestandsdaten, Waldzustand,

Standortkartierung• Landwirtschaft/Acker: Schlagkartei



Messmethoden - physikalische Daten

• Standortklima• Niederschlag-Freiland• Niederschlag-Wald• Boden-Saugspannung• Grundwasserstand• Abfluss

Kleinklimastation (Standardsensoren)Hellmann-Kippschale, (Bulk-Daten)15 Bulk-Sammler, Stammabfl.-BucheTensiometer (-800 hPA, 4 pro Tiefe)GwMessstelle (MS-Insider, Fa- Seeba)Pegel (Dreieck),TwBr (Pumpdaten)

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Probenahmemethoden - Wasser

• Niederschlag-Freiland

• Niederschlag-Wald• Sickerwasser• Grundwasser• Abfluss, Quelle, Rohwass.

3 Bulk-Sammler für Basisparameter/Haupt-inhaltsstoffe, 2 Spurenmetall-Sammler 15 Bulk-Sammler, Stammabfl. BucheSaugkerzen (Al2O3, 8 pro Tiefe)GwMessstelle (U-Pumpe)Schöpfmethoden



Einrichtung – vom Bodenprofil zur Schaltzentrale (SFA)

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Besonderheit – Messschacht Straubing/Acker



Besonderheit – Nationalpark Bayer. Wald (1000 m ü. NN)

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Betrieb – Datenmanagement

Physikalische Daten Datenlogger DL2, GwStand: MDS Insider Fa. SEBA (Auslesung vor Ort) DfÜ (Stationskontrolle, autom. Abruf), Datenhaltung WISKI-BayernDatenprüfung/Basisauswertungen WISKI-BayernInternet geplant

Chemische Daten WasserLabore der Wasserwirtschaftsverwaltung Datenhaltung lokal und Informationssystem Wasserwirtschaft (INFO-Was) Datenprüfung/Basisauswertungen lokal und INFO-WasÜbergreifende Auswertungen z.Z. lokal (EXCEL, ACCESS) Internet geplant

Boden-, Standort- und VegetationsdatenLabore und Experten von LfU-Geologie (ehem. Geolog. Landesamt) und Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft (LWF) Datenhaltung lokal und Boden-Informationssystem (BIS) Auswertungen fallweise lokal



Langfristige Stoffdynamik – Die Umweltthemen

• Verlagerung unerwünschter Stoffe in die Gewässer (Nährstoffe, Säurebildner, Schwermetalle, (Organika?))

• Veränderung "natürlicher" Hintergrundwerte (Hauptinhaltsstoffe, Wasserhärte, gelöster Kohlenstoff, …)

• Veränderung des Stoffhaushalts (Eintrag, Speicherung, Austrag) von Böden und Gewässern

• Einflüsse von Bodeneigenschaften, Fließvorgängen und Wasserhaushalt (Prozessbebachtung)

• neu: Wasserhaushalt und Abflussbildung per se

• Alles zusammen? - Wirkungen des Klimawandels?

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Langfristige Stoffdynamik – Modellfall Versauerung (1)

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1985 1990 1995 2000 2005

SO

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Sulfat-Schwefel Bilanz

Sulfat-Schwefel Eintrag

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0 10 20 30 40 50Sulfat [mg/l]

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6 m

Sicker-wasser

Grundwasser

Niederschlag

Bestandes-niederschlag

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Langfristige Stoffdynamik – Modellfall Versauerung (2)

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87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03

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Grundwasser

Bachwasser

Sickerwasser 0,5 m Tiefe

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Langfristige Stoffdynamik – Wirkungen des Waldes (1)

Wald in Bayern• Waldfläche ca. 2,5 Mio ha, entspricht 36 % der Landesfläche• Baumartenverteilung (nach BWI): 68 % Nadelholz (44 % Fichte), 32 %

Laubholz (12 % Buche)• Tendenzen: Waldfläche nimmt zu, Laubholzanteil nimmt zu

Ziele hinsichtlich Gewässerschutz• Schutzfähigkeit des Waldes sichern und stärken, natürlich im Schutzwald,

auf der gesamten Waldfläche (flächendeckender GwSchutz)• Hochwasser-, Lawinen- und Erosionsschutz, Trinkwasserschutz

Wald in Wasserschutzgebieten• ca. 152.000 ha, entspricht 51 % der Schutzgebietsfläche• entspricht ca. 6 % der Waldfläche (im Bergwald: ca. 11 %)• Bedeutung: geringes Konfliktpotential, geringe stoffliche Belastung




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1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

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MetzenbachLehstenbachMarkungsgraben

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1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

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MetzenbachLehstenbachMarkungsgraben

MSGw Kleineinzugsgebiete Integriertes Monitoring LWF/LfU

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1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003

Inte

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Sommer 1997 Borkenkäferbefall

FichtenaltbestandObere Hanglage

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1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003

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Totholzfläche im E

inzugsgebiet [%]

Totholzfläche MarkungsgrabenTotholzfläche Große OheAbflussbeiwert MarkungsgrabenAbflussbeiwert Große Ohe

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Nitr

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lokaler Borkenkäferbefall der Bezugsbäume flächiger

Borkenkäferbefall hangaufwärts

Fichte altHanglage 970 mü.NN

Große Ohe/Nationalpark Bayer. Wald Abfluss nach Waldschäden

Sickerwasser-Nitrat 1,5 m

Interzeption Fichte, Messfläche 01



Langfristige Stoffdynamik – Wirkungen der Landwirtschaft (1)

3860,07540,430,325,982,911,852,919,07,7661-8003230,0090,312,433,183,08,361,119,17,8581-450

3690,0040,28,230,894,16,827,617,77,6605-200

3210,0030,29,125,592,921,225,523,27,7562-100

HCO3PO4KNaMgCaNO3SO4ClpHLFcm

Brunnengalerie

Intensivmessfläche, BDF, Acker

GwMessstelle (Vorfeldmessstelle)

Stoffkonzentrationen (mg/l) im Sickerwasser

Messgebiet Donau/Gäuboden Einzugsgebiet WV Straubing Quartär-Brunnen West

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Langfristige Stoffdynamik – Wirkungen der Landwirtschaft (2)

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01.11.2001 01.11.2002 01.11.2003 01.11.2004 01.11.2005 01.11.2006

Nitra

t [m

g/l]

HSP Tiefe 200 cm (Buchenwald)MSE Tiefe 200 cm (Grünland)DGB Tiefe 100 cm (Ackerland)FIG Tiefe 200 cm (Nadelwald)

Nitratgehalt im Sickerwasser für 4 Standorte: Acker/Grünland/ Buche/Fichte

Straubing (Acker, 1 m)



Wasserfluss - Prozesse Monitoring 10-min: Niederschl., Saugsp., GwStand, Bodentemp., (Schnee)

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N]

50 cm Tiefe200 cm TiefeGrundwasserstand

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952954956958960962964966968970972

Grundw

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N]

50 cm Tiefe200 cm TiefeGw-Flurabstand

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Abflu

ss [l

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Schneehöhe [cm]

Schneehöhe

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Bayer. Wald/ Markungsgraben Nördl. Lechfeld/

Fohlenhof

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Wasserfluss - Prozesse

Zeit t15.08.2005 17.08.2005 19.08.2005 21.08.2005 23.08.2005 25.08.2005 27.08.2005 29.08.2005 31.08.2005

Abstic

3,2

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--- [hPa]

-50

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N[m

m]

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Nördl Lechf.Te4.200_SW.1s.ProdNördl Lechf.Te3.200_SW.1s.ProdNördl Lechf.Te2.200_SW.1s.ProdNördl Lechf.Te1.200_SW.1s.ProdNördliches Lechfel.N_K.1s.ProdNördl Lechf.Te4.50_SW.1s.ProdNördl Lechf.Te3.50_SW.1s.ProdNördl Lechf.Te2.50_SW.1s.ProdNördl Lechf.Te1.50_SW.1s.ProdFohlenhof_VB9026.GwStand.Prod

Nördl. Lechfeld/Fohlenhof: Hochwasser August 2005, Boden-Saugspannung und GwNeubildung in Schotterterrasse

Gwstandu. Messpunkt

Saugspannung 0,5 m

Saugspannung 2,0 m

Niederschlag



Ausblick: bewährtes Konzept – neue Entwicklungen

Übergreifendes gewässerkundl. Monitoring weiterentwickeln• Datenmanagement und Öffentlichkeitsarbeit standardisieren• Themen/Aufgaben stärker Vernetzen• Praxisnahe Modellanwendungen einbinden/beliefern• Kompetenz sichern, rationalisieren (Personal, QS)

Umweltüberwachungen besser abstimmen• Landesprogramme Luft-Boden-Wasser koordinieren• Monitoring-Cluster entwickeln (Standorte, Synergien, Einsparungen)

Alles zusammen? - Wirkungen des Klimawandels aufklären? • quantitative Hydrologie: Prozesse weiterbeobachten (Modellgebiete)• qualitative Hydrologie: Relevante Prozesse ermitteln• generell: Lange Zeitreihen unbedingt erhalten/fortführen

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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