Projekt 04854/01

Entlastung privater Trinkwasserbrunnen: Konzepterstellung und Bewertungsstrategie

ProjekttrÀger

UniversitĂ€t OsnabrĂŒckInstitut fĂŒr Umweltsystemforschung
Artilleriestr. 34
49076 OsnabrĂŒckZielsetzung und Anlass des Vorhabens Private Hausbrunnen sichern besonders in lĂ€ndlich geprĂ€gten Regionen immer noch die Trinkwasserversorgung großer Teile der Bevölkerung. Das hier gewonnene Trinkwasser ist in seiner QualitĂ€t aufgrund der allgemein zunehmenden Schadstoffbelastung des Grundwassers in Verbindung mit der meist geringen Tiefe der Hausbrunnen besonders gefĂ€hrdet. Ziel des Projektes ist es, ein Konzept zur Entlastung und langfristigen QualitĂ€tssicherung zu erstellen, die Überwachung zu verbessern und eine Bewertungsstrategie zur Auswahl geeigneter Maßnahmen zu entwickeln. Als Modellregionen dienen der Landkreis OsnabrĂŒck mit ca. 7500 privaten Hausbrunnen sowie vier Gemeinden im Einzugsgebiet der Saidenbachtalsperre in Sachsen mit ca. 350 Brunnen. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie fĂŒr die Untersuchungsgebiete vorliegenden Daten (Wasseruntersuchungen an den Brunnen, Landnutzung, Boden, Geologie, Wetter, Agrarstatistik etc.) werden zur weiteren Analyse in ein geowissenschaftliches Informationssystem ĂŒberfĂŒhrt. Aus den vorliegenden ĂŒber 240000 Einzelmeßwerten an den Brunnen des Landkreises OsnabrĂŒck werden durch Interpolation flĂ€chendeckende Karten der regionalen Belastung des oberflĂ€chennahen Grundwassers abgeleitet. RegelmĂ€ĂŸige Messungen an ausgewĂ€hlten Referenzbrunnen werden durchgefĂŒhrt, um Aussagen ĂŒber die zeitliche Varianz der WasserqualitĂ€t zu treffen. Mit Hilfe von Isotopenuntersuchungen werden Altersbestimmungen der WĂ€sser durchgefĂŒhrt. Die Bestimmung der 15N-18O-Isotopensignatur in den N-Komponenten der GrundwĂ€sser hat das Ziel, kurzfristige von langfristigen Belastungen unterscheiden zu können. Bereits installierte Wasseraufbereitungsanlagen werden hinsichtlich ihrer ZuverlĂ€ssigkeit, der Wirkung und der anfallenden Kosten untersucht. Technische Maßnahmen zur Entlastung werden mit Handlungsalternativen wie Anschluß an die öffentliche Versorgung oder LandnutzungsĂ€nderungen hinsichtlich ihrer Wirkung, der anfallenden Kosten und der Realisierungschancen verglichen und ökonomisch bewertet. In einem Leitfaden werden die Ergebnisse in Form von Anleitungen und Problemlösungen zusammengefaßt. Ergebnisse und Diskussion Die Auswertung der Routinemessungen des Gesundheitsamtes und eigene Messungen haben gezeigt, daß die WasserqualitĂ€t der privaten Trinkwasserbrunnen im Landkreis OsnabrĂŒck und an der Saidenbachtalsperre vor allem durch hygienische MĂ€ngel und zum Teil hohe Belastungen mit Stickstoffverbindungen beeintrĂ€chtigt ist. Aus der Analyse der Daten konnten fĂŒr viele Brunnen lokale Kontaminationsursachen von regionalen Hintergrundbelastungen unterschieden werden. Es zeigte sich, daß hygienische Probleme in der Regel durch lokale Quellen begrĂŒndet sind, wĂ€hrend sich die Stickstoffgehalte vielfach auf EintrĂ€ge aus der Landwirtschaft zurĂŒckfĂŒhren lassen. Neuartige Isotopenuntersuchungen an ausgewĂ€hlten Brunnen ermöglichten es, die Quellen des Stickstoffes (MineraldĂŒnger oder organischer DĂŒnger) im geförderten Trinkwasser zu identifizieren. Aus den Daten der GesundheitsĂ€mter konnten erstmals Karten der großflĂ€chigen, regionalen Belastung des oberflĂ€chennahen Grundwassers abgeleitet werden. FĂŒr den Landkreis OsnabrĂŒck fanden sich besonders in den nördlichen Regionen großflĂ€chig Nitratgehalte von ĂŒber 50 mg/l, teilweise sogar ĂŒber 90 mg/l. Einfache Modellrechnungen zeigten, daß zur flĂ€chenhaften Entlastung selbst bei sofortiger Verringerung der EintrĂ€ge mit ZeitrĂ€umen von mehreren Jahrzehnten gerechnet werden muß. Im Hinblick auf eine Entlastung privater Trinkwasserbrunnen wurden die möglichen technischen und vorsorgenden Maßnahmen in ihrer Wirksamkeit und bezĂŒglich der Kosten umfassend verglichen und bewertet. Generell zeigte sich, daß eine optimale Entlastungsstrategie oftmals aus einer Kombination nach- und vorsorgender Maßnahmen bestehen muß, wobei die individuelle Strategie stark von den regionalen Ge-gebenheiten und der vorhandenen Belastungssituation bestimmt wird. Zur sofortigen Verbesserung der WasserqualitĂ€t belasteter Brunnen im Landkreis OsnabrĂŒck bieten sich Wasseraufbereitungsanlagen nach dem Umkehrosmose-Prinzip an. Diese zeichnen sich durch gute Aufbereitungsleistung bei gleichzeitig geringen Kosten aus. Die durchgefĂŒhrten Untersuchungen zeigten jedoch auch, daß zur Sicherung der Reinigungsleistung unbedingt eine fachgemĂ€ĂŸe Wartung gewĂ€hrleistet sein muß. Zur dauerhaften Verbesserung der WasserqualitĂ€t sollte gleichzeitig eine konsequent durchgefĂŒhrte pflanzengerechte DĂŒngung in der Landwirtschaft praktiziert werden, wodurch sich der derzeitige StickstoffĂŒberschuß um ca. 70% reduzieren ließe. FĂŒr das Gebiet an der Saidenbachtalsperre zeigten die Untersuchungen, daß die QualitĂ€t des Talsperrenwassers von einer effektiven Abwasseraufbereitung der Haushalte mit privaten Hausbrunnen im Einzugsgebiet abhĂ€ngt. Im Rahmen des Projektes wurden Informationssysteme fĂŒr den kommunalen Einsatz in Form von Prototypen entwickelt, die eine optimierte Probenahme sowie eine effiziente Datenhaltung und -auswertung der amtlichen Daten ermöglichen. Die entwickelten Systeme werden zur Zeit auf eine andere Kommune ĂŒbertragen. Die abgeleiteten, neuartigen Ergebnisse zur Situation des oberflĂ€chennahen Grundwassers sind vor allem fĂŒr einen nachhaltigen, flĂ€chendeckenden Grundwasserschutz und eine qualitĂ€tsorientierte Grundwasserbewirtschaftung von hohem Wert und haben deswegen sowohl bei öffentlichen Wasserversorgern als auch bei der Bezirksregierung großes Interesse gefunden. Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation Die gewonnen Projektergebnisse wurden schon wĂ€hrend der Projektlaufzeit im Rahmen von zahlreichen Publikationen, VortrĂ€gen auf Tagungen und Konferenzen, Fachausstellungen und Seminaren der Öffentlichkeit vorgestellt. Diese werden im Folgenden ebenso wie die im Rahmen des Projektes angefertigten Projekt-, Diplom- und Doktorarbeiten zusammengefaßt. Publikationen im Rahmen des Projektes: V. BERDING, J. BERLEKAMP, M. MATTHIES (1999): Vergleich von Maßnahmen zur Verbesserung der WasserqualitĂ€t privater Hausbrunnen im Landkreis OsnabrĂŒck. Wasser & Boden, 51/4, 41-45. J. BERLEKAMP, S. FUEST (1999): GIS-gestĂŒtztes Informations- und Auswertesystem fĂŒr private Trinkwasserbrunnen. In: de Lange, N. (Hrsg.): Geoinformationssysteme in der Stadt- und Umweltplanung, OsnabrĂŒcker Studien zur Geographie, (angenommen). S. FUEST, J. BERLEKAMP, M. MATTHIES (1998): Risk mapping of groundwater contamination using long-term monitoring data of shallow drinking water wells. Journal of Hazardous Materials, 61, 197-202. S. FUEST, J. BERLEKAMP, M. KLEIN, M. MATTHIES (1998): Screening of regional groundwater contamination with agrochemicals and comparison with monitoring observations. In: Brebbia, C.A., Pascolo, P. (Eds.): GIS Technologies and their Environmental Applications, Computational Mechanics Publications, Southampton, 53-62. S. FUEST, J. BERLEKAMP, M. MATTHIES (1998): Regionales Grundwassermonitoring und Bestimmung großrĂ€umiger GrundwassergefĂ€hrdung mittels privater Trinkwasserbrunnen. In: Strobl, Dollinger (Hrsg.): Angewandte Geographische Informationsverarbeitung, Wichmann, 88-93. S. FUEST, J. BERLEKAMP, M. MATTHIES (1999): Modellierung großrĂ€umiger GrundwassergefĂ€hrdung und flĂ€chendeckendes Grundwassermonitoring im Landkreis OsnabrĂŒck. Tagungsband des 2. Workshop "Modellierung des Wasser- und Stofftransportes in großen Einzugsgebieten", Verlag Kassel University Press, (angenommen). K. KOPPERSCHMIDT (1998): N-Isotopensignatur im Grundwasser. In: M. Matthies (Hrsg.): Studienprojekte 1998. BeitrĂ€ge des Institutes fĂŒr Umweltsystemforschung der UniversitĂ€t OsnabrĂŒck, Beitrag Nr. 10. STRAUCH, G., KOWSKI, P., SCHRECK, P. & D. THÜRKOW (1999), Nitrat in Trinkwasserbrunnen - eine Isotopenstudie. Beitrag zur Jahrestagung der Arbeitsgemeinschaft Stabiler Isotope 1999, Goettingen (eingereicht) D THÜRKOW (1997): GIS-gestĂŒtzte Untersuchungen zur Analyse geoökologischer Entwicklungstrends nach Änderung der Landnutzung am Beispiel des Einzugsgebietes der Saidenbachtalsperre (Erzgebirge).- Förderantrag Dissertation (Uni Leipzig) bei DBU T. WIESER & D. THÜRKOW (1999): Projektorientiertes Datenmanagement unter Verwendung einer relationalen Datenbank.- In: Angewandte Geographische Informationsverarbeitung, AGIT-Symposium Salzburg, S. 563-570, H. Wichmann-Verlag, Heidelberg Dissertationen, Diplom- und Projektarbeiten: V. BERDING (1997): Private Hausbrunnen. Vergleichende Bewertung von Maßnahmen zur Verbesserung der TrinkwasserqualitĂ€t. Diplomarbeit im Studiengang Angewandte Systemwissenschaft, Fachbereich Mathematik/Informatik, UniversitĂ€t OsnabrĂŒck. S. FUEST (1996): RĂ€umliche Klassifikation privater Trinkwasserbrunnen und ihrer Nitratbelastungen im Landkreis OsnabrĂŒck. Diplomarbeit im Studiengang Angewandte Systemwissenschaft, Fachbereich Mathematik/Informatik, UniversitĂ€t OsnabrĂŒck. S. FUEST (1999): Bewertung regionaler GrundwassergefĂ€hrdung durch diffuse StickstoffeintrĂ€ge. Monitoring und GefĂ€hrdungsanalyse. Dissertation am Fachbereich Mathematik / Informatik der UniversitĂ€t OsnabrĂŒck. (in Arbeit) K. KOPPERSCHMIDT (1997) N-Isotopensignatur im Grundwasser. Projektarbeit im Studiengang Angewandte Systemwissenschaft, UniversitĂ€t OsnabrĂŒck. M. MANN (1998): Erstellung einer BenutzeroberflĂ€che fĂŒr das Gesundheitsamt des Landkreises OsnabrĂŒck unter ArcView. Projektarbeit im Studiengang Angewandte Systemwissenschaft, UniversitĂ€t OsnabrĂŒck. F. PFÄFFLIN (1997): Private Trinkwasserbrunnen in der Stadt OsnabrĂŒck. Projektarbeit im Studiengang Angewandte Systemwissenschaft, UniversitĂ€t OsnabrĂŒck. F. PFÄFFLIN (1999): Regionale Flußeinzugsgebietsmodellierung im Oberlauf der Hase. Abflußsimulation und Stickstofffrachten. Diplomarbeit im Studiengang Angewandte Systemwissenschaft, Fachbereich Mathematik/Informatik, UniversitĂ€t OsnabrĂŒck. C. RECHTIEN (1997): Stickstoffaufkommen und Stickstoffbedarf im Landkreis OsnabrĂŒck. Projektarbeit im Studiengang Angewandte Systemwissenschaft, UniversitĂ€t OsnabrĂŒck. D. THÜRKOW (1999): GIS-gestĂŒtzte Untersuchungen zur Analyse geoökologischer Entwicklungstrends nach Änderung der Landnutzung am Beispiel des Einzugsgebietes der Saidenbachtalsperre (Erzgebirge), Dissertation am Umweltforschungszentrum Leipzig, Sektion Hydrogeologie (in Arbeit) VortrĂ€ge und Poster im Rahmen des Projektes: J. BERLEKAMP: Poster "Vorsorgender GewĂ€sserschutz. Grundwassermonitoring und GefĂ€hrdungsabschĂ€tzung" bei der "5. Deutsche ESRI Anwenderkonferenz", Freising, 1997 J. BERLEKAMP: Poster und Stand beim BMBF-Forschungsforum, Leipzig, 16. bis 20. September 1997 J. BERLEKAMP: Vortrag "Regionales Grundwassermonitoring und großrĂ€umige GefĂ€hrdungsabschĂ€tzung als Beitrag fĂŒr einen vorsorgenden GewĂ€sserschutz" beim "Forum GIS" des Instituts fĂŒr Umweltwissenschaften der Hochschule Vechta, 7 Juni 1999 S. FUEST: Vortrag "Water Quality Management of Shallow Drinking Water Wells" bei der "Ecological Summit 96", Kopenhagen 1996 S. FUEST: Poster "Nutzung privater Trinkwasserbrunnen zur Bestimmung regionaler GrundwasserqualitĂ€t" bei der "4. Deutsche ESRI Anwenderkonferenz", Freising, 1996 S. FUEST: Poster "Risk Mapping of Groundwater Contamination using Long-term Monitoring Data of Shallow Drinking Water Wells" bei der RISK 97 in Amsterdam (21.-24. Oktober 1997) S. FUEST: Poster "Vorsorgender GewĂ€sserschutz. Grundwassermonitoring und GefĂ€hrdungsabschĂ€tzung" bei der AGIT 97 (9. Symposium fĂŒr Angewandte Geographische Informationsverarbeitung), Salzburg, 1997 S. FUEST: Vortrag "Regionales Grundwassermonitoring und Bestimmung großrĂ€umiger GrundwassergefĂ€hrdung mittels privater Trinkwasserbrunnen" bei der AGIT 98 (10. Symposium fĂŒr Angewandte Geographische Informationsverarbeitung), Salzburg, 1998 S. FUEST: Vortrag "Screening of Regional Groundwater Contamination with Agrochemicals and Comparison with Monitoring Observations" bei der Konferenz "GIS'98", Udine, 1998 S. FUEST: Vortrag "Regionales Grundwassermonitoring und Bestimmung großrĂ€umiger GrundwassergefĂ€hrdung mittels privater Trinkwasserbrunnen" 2. Workshop "Modellierung des Wasser- und Stofftransportes in großen Einzugsgebieten", Giessen, 1998 S. FUEST: Poster "Stickstoffmonitoring der Grund- und OberflĂ€chengewĂ€sser der Oberen Hase" bei der AGIT 99 (11. Symposium fĂŒr Angewandte Geographische Informationsverarbeitung), Salzburg, 1999 M. MATTHIES: Vortrag "Konzept zur Entlastung von GrundwasservorrĂ€ten" bei "Optimierung von Managementmaßnahmen in ökologischen Systemen", 20.-23.11.1996, Bad Homburg M. MATTHIES: Vortrag "Georeferenzierte Simulation und Bewertung von GewĂ€sserbelastungen" beim "Forum GIS" des Instituts fĂŒr Umweltwissenschaften der Hochschule Vechta, 21. Juni 1999 D. RUSS, D. THÜRKOW & T. WIESER (1998): Die Datenbank der Sektion Hydrogeologie am Beispiel des Projektes "Trinkwasserbrunnen im Einzugsgebiet der Saidenbachtalsperre (Erzgebirge)".- Poster zur Einweihung des UFZ-Neubaues Halle R. SCHRECK, G. HANSCHMANN, D. RUSS, A. SAWALLISCH, D. THÜRKOW UND T. WIESER (1998): Entlastung privater Trinkwasserbrunnen im Einzugsgebiet der Saidenbachtalsperre. Vortrag zum DBU-Abschlußseminar am 26.05.1998 in OsnabrĂŒck T. WIESER, D. RUSS & D. THÜRKOW (1998): Entlastung privater Trinkwasserbrunnen im Einzugsgebiet der Saidenbachtalsperre.- Poster zum DBU-Statusseminar (Abschlußseminar) in OsnabrĂŒck Workshops / Seminare: Anlaß Datum Ort Arbeitstreffen, Projektkordination 1./2. Feb. 1996 UFZ, Bad LauchstĂ€dt Koordinationstreffen mit UBA, BMU 29. Okt. 1996 USF, OsnabrĂŒck Arbeitstreffen, Projektkordination 16./17. Dez. 1996 UFZ, Bad LauchstĂ€dt Arbeitstreffen, Projektkordination, Vorortbesichtigung Erzgebirge 27.-29 Mai 1997 UFZ, Bad LauchstĂ€dt, Erzgebirge Abschlußseminar 26. Mai 1998 USF, OsnabrĂŒck Koordinationstreffen mit der Bezirksregierung Weser-Ems 15. Jan. 1999 USF, OsnabrĂŒck ZukĂŒnftig geplante Maßnahmen Es ist beabsichtigt, den Abschlußbericht des Projektes in der Reihe 'BeitrĂ€ge des Institutes fĂŒr Umweltsystemforschung der UniverstĂ€t OsnabrĂŒck' zu veröffentlichen. Weitere Fachveröffentlichungen vor allem in Zeitschriften, bei denen auch Kommunen sowie kleine und mittlere Unternehmen zum Leserkreis gehören, sind beabsichtigt. Gleichzeitig sollen die Projektergebnisse in digitaler Form auf CD-ROM und ĂŒber die Internet-Homepage des Instituts fĂŒr Umweltsystemforschung der Öffentlichkeit angeboten werden. Eine Indizierung der Internetangebote in den gĂ€ngigen Suchmaschinen wird ein leichtes Auffinden der Ergebnisse fĂŒr Interessierte ermöglichen. Durch oben genannte Maßnahmen wird eine weitere Verbreitung der Projektergebnisse sichergestellt. Fazit Die Projektarbeiten haben gezeigt, daß die Situation privater Trinkwasserbrunnen in den Untersuchungsregionen durch zum Teil massive BeeintrĂ€chtigungen der WasserqualitĂ€t geprĂ€gt ist. Neben hygienischen Problemen, die in der Regel auf lokale Verunreinigungen zurĂŒckzufĂŒhren sind, sind vor allem großflĂ€chige Kontaminationen mit Stickstoffverbindungen vorrangig aus der Landwirtschaft von Bedeutung. Gleichzeitig ist die jeweilige Situation stark von den regionalen Besonderheiten abhĂ€ngig. Bei den Maßnahmen zur QualitĂ€tssicherung und der Wahl der Entlastungstrategien wird empfohlen, die im Projekt erarbeiteten Ergebnisse zur Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit der möglichen Entlastungsmaßnahmen zu berĂŒcksichtigen. Wie gezeigt wurde, sollten technische, nachsorgende Maßnahmen und vorsorgende Maßnahmen in der Regel in Kombination eingesetzt werden und sich ergĂ€nzen. Eine nachhaltige Sicherung und Verbesserung der QualitĂ€t des Trinkwassers aus oberflĂ€chennahem Grundwasser erscheint ohne die vorgeschlagenen Maßnahmen zur Eintragsreduzierung nicht möglich. Wie sich im Projektverlauf zeigte stellen die routinemĂ€ĂŸig erfaßten WasserqualitĂ€tsdaten der GesundheitsĂ€mter eine außergewöhnliche Datenbasis dar. Auf ihrer Grundlage konnte erstmals flĂ€chendeckend fĂŒr eine Region die Situation im oberflĂ€chennahen Grundwasser beurteilt werden. Die gewonnen Ergebnisse stellen dabei eine wichtige Grundlage fĂŒr einen vorsorgenden, flĂ€chendeckenden Grundwasserschutz dar. Eine Übertragbarkeit der entwickelten Methodik auf Kommunen mit Ă€hnlicher Struktur ist möglich. Die im Projekt entwickelten modernen Softwareinstrumente sollten verstĂ€rkt in der kommunalen Praxis genutzt werden, um die Effizienz der Überwachung zu erhöhen und gleichzeitig direkt und schnell zu qualitativ hochwertigen Ergebnissen zu kommen.

Übersicht

Telefon

0541/969-2576

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Bundesland

Niedersachsen

Fördersumme

392.439,53 €

Förderzeitraum

01.11.1995 - 04.02.2000

Internet

www.uni-osnabrueck.de