Prozessorientierte Untersuchung zum Nitratabbauvermögen der Grundwasserkörper im Hessischen Ried als Grundlage für die Umsetzung von Maßnahmenprogrammen in der Wasserrahmenrichtlinie

Stipendiatin/Stipendiat: Christoph Kludt

Das Hessische Ried liegt im Oberrheingraben zwischen dem Odenwald im Osten und dem Rhein im Westen und hat eine Fläche von ca. 1200 km² welche zu ca. 33 % intensiv landwirtschaftlich genutzt wird. Gleichzeitig stellt es eine essentielle Grundwasserressource für die Versorgung der Rhein-Main Metropole mit Trinkwasser dar. In allen 5 Grundwasserkörpern des Hessischen Rieds werden seit Jahrzenten erhöhte Nitratkonzentrationen festgestellt, die teilweise oberhalb der in der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) geforderten Nitrat-Umweltqualitätsnorm von 50 mg/l liegen. Um eine weitere Zustandsverschlechterung zu verhindern und den in der WRRL bis zum Jahr 2015 geforderten guten chemischen Zustand herzustellen, sind daher gezielte Maßnahmen notwendig. Dabei ist ein grundlegendes Prozessverständnis über den Nitratabbau bezüglich der hydrogeologischen und geochemischen Situation im Hessischen Ried zur Lokalisierung von Risikogebieten erforderlich.

Über die landwirtschaftlich intensiv genutzten Flächen gelangen durch Auswaschung der Düngemittel aus dem Boden erhebliche Nitratfrachte in die zur Trinkwassergewinnung genutzte Grundwasserleiter. Mikrobiologische Abbauprozesse leisten dabei einen entscheidenden Beitrag zur Minderung der Nitratbelastung. Der Abbau erfolgt dabei zum einen unter Verwendung leicht abbaubarer organischer Kohlenstoffverbindungen (Corg) (heterotropher Nitratabbau). Durch sich zersetzende Biomasse wird Corg im Boden oberhalb des Grundwasserleiters „ungesättigte Zone“ nachgeliefert, so dass das Nitratabbauvermögen dort regeneriert werden kann. Zum anderen wird das in die tieferen/anoxischen Bereiche (Grundwasserleiter „gesättigte Zone“) ausgewaschene Nitrat durch Sulfidminerale, z.B. Pyrit (FeS2), abgebaut (autolithotropher Nitratabbau). Diese reaktiven Phasen sind dort jedoch nur in Spuren vorhanden und werden bei der Reaktion irreversibel verbraucht. In letzter Zeit verdichten sich Anzeichen, dass in bestimmten Grundwasserkörpern die Gehalte der für den Nitratabbau verantwortlichen reaktiven Phasen soweit aufgebraucht sind, dass sich der Nitratabbau im Grundwasser verlangsamt bzw. ganz zum Erliegen kommt.
Das Nitratabbauvermögen im Grundwasserleiter muss als „endliche Ressource“ angesehen werden, die schrittweise aufgezehrt wird. In kontrollierten Laborversuchen an Bohrkernproben und Feldmessungen soll eine prozessorientierte Untersuchung des Abbauvermögens im Hessischen Ried durchgeführt werden. Dabei soll geklärt werden, welche Anteile die reaktiven Phasen am tatsächlichen Abbaupotential haben und mit welchen Methoden sich dieses Potential bestimmen lässt. Des Weiteren sollen die Umsatzraten der Prozesse bestimmt und eine Methode zur Quantifizierung des Abbaufortschritts entwickelt werden.

Diese von der DBU finanzierte Promotion wird im Rahmen eines vom Hessischen Landesamt für Umwelt u. Geologie (HLUG) beauftragten Projekts zur „Quantifizierung des Nitratabbauvermögens in den Grundwasserkörpern des Hessischen Rieds und Lokalisierung von Risikogebieten“ mit Labormitteln, dem Zugang zu Messstellen und bereits vorhandenen Grundwasserbeschaffenheitsdaten unterstützt. Die Zusammenarbeit der TU Darmstadt erfolgt dabei über das „IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasser Beratungs- und Entwicklungsgesellschaft mbH“ welche dieses Projekt in Kooperation mit dem Ingenieurbüro Brandt Gerdes Sitzmann Wasser GmbH und dem Wasserverband Hessisches Ried bearbeitet. Das Ziel der Promotion ist es aufgrund des erarbeiteten Prozessverständnisses zu einer zielgerichteten und kosteneffizienten Umsetzung von Beratungsmaßnahmen für die Landwirtschaft zur Reduzierung der Nitratbelastung im Hessischen Ried beizutragen.

Förderzeitraum:
01.06.2012 - 31.05.2015

Institut:
TU-Darmstadt
Institut für Angewandte Geowissenschaften (FB 11)
Fachgebiet Hydrogeologie

Betreuer:
Prof. Dr. Christoph Schüth

E-Mail: E-Mail schreiben

URL: http://www.geo.tu-darmstadt.de/iag/personen/mitarbeiter_details_geo_28992.de.jsp

Nitratabbauvermögen der Grundwasserkörper im Hessischen Ried
Nitratabbauvermögen der Grundwasserkörper im Hessischen Ried