Messdaten Grundwasserstoffeintrag

Stofffrachten und Stoffbilanzen

Wenn für die Komponenten des Wasserhaushalts sowohl die Wasserflüsse als auch die Stoffkonzentrationen bekannt sind, können Stofffrachten berechnet bzw. abgeschätzt werden. In den Messgebieten werden standardmäßig die folgenden langjährigen Stofffrachten ermittelt:

• Deposition mit dem Freilandniederschlag (alle Gebiete)
• Deposition mit dem Bestandesniederschlag (Waldgebiete, Kronentraufe und Gesamtdeposition)
• Stoffverlagerung mit dem Sickerwasser unterhalb der Wurzelzone (meist in 2 m Tiefe)
• Stoffaustrag mit dem Grundwasser
• Stoffaustrag mit dem Gebietsabfluss (Waldgebiete)

Stickstoffkreislauf (Quelle StMUV)

Aus den Eintrags- und Austragsfrachten werden flächen- oder gebietsbezogene Stoffbilanzen abgeleitet. Sie dienen der Identifikation von Stoffquellen und –senken und charakterisieren das Gesamtverhalten eines Gebietes bezüglich der umgesetzten Stoffmengen.

Atmosphärische Stoffdeposition

Der atmosphärische Stoffeintrag wird für jedes Sammelintervall als Produkt von Stoffkonzentration und zugehöriger Niederschlagshöhe ermittelt. Beide Größen werden mit dem Bulk-Sammler erhoben. Summenbildung innerhalb des hydrologischen Jahres ergibt die Jahresfracht. Ausfälle werden über quantitative Vergleichsdaten, in der Regel des Hellmann-Regenmessers, hochgerechnet. In den Waldgebieten ermöglichen Korrelationen zwischen Freilanddeposition und Bestandesdeposition eine Hochrechnung der Ausfallzeiten, soweit für mindestens eine der beiden Messstellen Messdaten vorliegen. In seltenen Fällen muss bei Ausfall aller Messsysteme auf Daten Dritter zurückgegriffen werden. Weitere Details zur Ermittlung der Stoffdeposition sind in LFW (1994) beschrieben.

Für die Ermittlung der tatsächlichen Gesamtdeposition in Waldgebieten muss die Wechselwirkung mit dem Kronenraum berücksichtigt werden. Hierfür wurde das Kronenraummodell nach ULRICH (1991) unter Verwendung von Natrium (quantitativer Indikator der trockenen Deposition) eingesetzt. Das Modell wurde auch auf die Stickstoffparameter angewandt, wohl wissend, dass es biogene Stickstoffumsätze im Kronenraum nicht ausreichend berücksichtigt. Die Werte sind in den Ergebnistabellen dementsprechend in Klammern gesetzt.

Stoffeintrag aus der Landwirtschaft

Für die Intensivmessfläche Acker im Messgebiet Donau/Gäuboden stehen aus der Bodendauerbeobachtung und der Betriebsschlagkartei Bewirtschaftungsdaten zur Verfügung. Die eingetragene Netto-Stofffracht ergibt sich aus dem Saldo von Düngerausbringung und Ernteentzug.

Stoffaustrag mit dem Sickerwasser

Für den Stoffaustrag mit dem Sickerwasser wird die aus der klimatischen Wasserbilanz (Niederschlag minus Verdunstung) ermittelte jährliche Sickerwasserrate (Grundwasserneubildung) mit der mittleren Jahres-Stoffkonzentration des Sickerwassers verrechnet.

Stoffaustrag mit dem Gebietsabfluss

Stoffausträge mit den Gebietsabflüssen werden durch Verrechnung der Stoffkonzentrationen mit den mittleren Tagesabflüssen ermittelt. Zur Optimierung der Frachtenbestimmung und ggf. Reduzierung des erforderlichen Messaufwands wurden verschiedene Verfahren vergleichend bewertet (vgl. nachfolgende Abbildung):

• Stoffaustrag abflussgewichtet:
  Jährlicher Stoffaustrag = (Summe Stoffaustrag am Probenahmetag) * Jahresabflusssumme / Summe Abflusssumme am Probenahmetag
• Konstante Stoffkonzentration während eines Probenahmeintervalls
• Ermittlung von Regressionen zwischen Abfluss und Stoffkonzentration (cQ-Beziehung):
  Jährlicher Stoffaustrag = Summe (Q_Tag * c_ber) mit c_ber = f(Q_Tag)

Methodischer Vergleich der Frachtenberechnung am Beispiel der Sulfatausträge im Wassereinzugsgebiet Lehstenbach, Messgebiet Fichtelgebirge

Anhand der Ionenbilanzen der Stoffflüsse zeigen die Regressionsverfahren die belastbareren Ergebnisse. Soweit brauchbare cQ-Beziehungen vorliegen, bilden daher diese die Grundlage für die Berechnung der täglichen Stoffkonzentration (s. Tab. 16 bis 18). Bei Vorliegen von Trends wurden die cQ-Beziehungen abschnittsweise angepasst. Für einzelne Stoffe bzw. Zeitabschnitte ergaben sich keine hinreichend straffen cQ-Beziehungen. Hier wurde das Verfahren der konstanten Stoffkonzentration zwischen zwei Probenahmen angewandt.

Für die Parameter Chlorid, Ammonium und ortho-Phosphat sowie weitere untersuchte Spurenmetalle wurden an allen drei Abflusspegeln keine Zusammenhänge zwischen Abfluss und Konzentration gefunden. Für diese Parameter wird grundsätzlich das Verfahren der konstanten Konzentration im Messintervall angewandt. Die täglichen Stofffrachten als Produkt aus berechneter Tageskonzentration und mittlerem Tagesabfluss werden zu Jahresstofffrachten aufsummiert.