Grundwasserbeschaffenheit

Unter Grundwasserbeschaffenheit versteht man den durch physikalische, chemische und biologische Parameter mit quantitativen Begriffen beschriebenen Gewässerzustand (DIN 4049).

Die natürliche Beschaffenheit des Grundwassers ist im Wesentlichen das Ergebnis der Wasser-Gesteins-Wechselwirkung während der Durchsickerung des Niederschlagswassers durch den Boden und während der Wasserbewegung innerhalb des Grundwasserleiters. Je nach geologischen, hydrologischen, biochemischen und mikrobiologischen Bedingungen stellt sich ein regional typischer Grundwasserchemismus ein.

Die Bodenschichten (Grundwasserdeckschichten) schützen das darunterliegende Grundwasser gegenüber Stoffeinträgen aus der Atmosphäre oder der Landnutzung. Das natürliche Reinigungsvermögen dieser Filterschichten ist jedoch nicht unerschöpflich.

Die natürliche, geogen geprägte Grundwasserbeschaffenheit kann durch menschliche Aktivitäten an der Erdoberfläche, wie z.B. durch Stoffeinträge aus diffusen Quellen (z.B. Landwirtschaft, Besiedlung), punktuelle Quellen (z.B. Deponien, Altlasten) oder durch künstliche Eingriffe (z.B. Abgrabungen) unterschiedlich stark beeinflusst werden.

Aufgrund der regional unterschiedlichen Standortfaktoren (Klima, Geologie des Untergrundes, Hydrologie) und der in Art, Menge und Zeit veränderlichen Stoffeinträge unterliegt die Grundwasserbeschaffenheit räumlichen und zeitlichen Schwankungen.

Die hohe Verweilzeit des Grundwassers im Grundwasserleiter und i.d.R. schlechte Abbaubarkeit und Rückhaltung der Schadstoffe im Grundwasserleiter bewirken, dass Stoffeinträge noch für einen langen Zeitraum feststellbar sind. Ebenso machen sich positive Effekte eingeleiteter Gegenmaßnahmen erst nach langer Zeit im Grundwasser bemerkbar (Infos: TEILBERICHT III des Kooperationsprojektes GROWA+ NRW 2021).

Die Vermeidung von Stoffeinträgen - der vorsorgende Grundwasserschutz - ist daher der aufwändigen nachträglichen Reinigung des Grundwassers in jedem Fall unbedingt vorzuziehen.

Die Grundwasserüberwachung in NRW wird seit 1984 durch das Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz (bzw. Vorgängerbehörden) in Zusammenarbeit mit den Bezirksregierungen zur systematischen Erfassung der Grundwasserbeschaffenheit und seiner Veränderungen durchgeführt. Die Grundwasserüberwachung (Monitoring) ist als wesentliches Element der europäischen Wasserrahmenrichtlinie Voraussetzung für die Bewertung des chemischen Zustands der Grundwasserkörper sowie der Planung und Erfolgskontrolle von Sanierungs- oder Schutzmaßnahmen.

Im Einzelnen verfolgt die Grundwasserüberwachung die Ziele:

• Erfassen der natürlichen, geogen geprägten Grundwasserbeschaffenheit
• Erkennen von Veränderungen der Grundwasserbeschaffenheit
• Ermitteln der Auswirkung von punktuell oder flächenhaft erfolgten Stoffeinträgen
• Planen und Überwachen der Effektivität von Schutz- und Sanierungsmaßnahmen

Die Qualität und Effizienz der Grundwasserüberwachung hängt ab von:

• der Anzahl und Verteilung der Messstellen sowie dem Messstellenausbau
• dem Untersuchungsumfang und der Untersuchungshäufigkeit

Informationen zur Durchführung der Grundwasserüberwachung im Sinne der EG-Wasserrahmenrichtlinie und gemäß den Anforderungen nach § 9 der Grundwasserverordnung sind im Monitoringleitfaden Grundwasser NRW (2018) beschrieben und im Bewirtschaftungsplan 2022-2027 - (Teilkapitel Grundwasser) (Kapitel 4.1) zusammengefasst.

Anforderungen an die Grundwassermessstellen für das mengenmäßige und chemische Monitoring der Grundwasserkörper sind in folgendem Leitfaden nachzulesen: Leitfaden zur Anwendung von Qualitätsanforderungen an Grundwasserstands- und –gütemessstellen nach EG-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) in Nordrhein-Westfalen Der Leitfaden ist das Ergebnis eines Pilotprojektes (2016-2018) mit dem Ziel, das nordrheinwestfälische WRRL-Grundwassergütemessnetz einer Ist-Analyse zu unterziehen und Qualitätskriterien und praktische Hinweise zur Prüfung von Grundwassermessstellen hinsichtlich Funktionstüchtigkeit und Eignung für das Messnetz nach EG-Wasserrahmenrichtlinie abzuleiten. Folgend ist der Abschlussbericht einzusehen:
Abschlussbericht des Pilotprojektes

Häufig gestellte Fragen rund um das Thema Grundwassermonitoring, Betrieb des Landesgrundwassermessnetzes NRW und Bewertung der Ergebnisse nach EG-WRRL sind in einem FAQ-Dokument für NRW beantwortet.

Neben Messstellen zur landesweiten Überwachung der Grundwasserbeschaffenheit werden auch Messstellen aus anderen objektbezogenen Überwachungsprogrammen wie Rohwasserüberwachung, Deponieüberwachung und Überwachung von Abgrabungen und deren Verfüllungen in das Grundwasserüberwachungssystem einbezogen. Eigentümer der Messstellen sind daher neben dem Land NRW, auch Wasserversorger, Verbände, Firmen und Deponiebetreiber.

Tabelle: Aktive Grundwassergütemessstellen und Rohwasserbrunnen, die im Zeitraum 2016 - 2019 beprobt wurden

Die Messstellen sind in ungefähr gleichmäßig über ganz NRW verteilt; in den ergiebigen und wasserwirtschaftlich intensiv genutzten Lockergesteinsbereichen ist die Messstellendichte erhöht.

Messstellenarten und -ausbau entscheiden über den Informationsgehalt der chemischen Daten:

Im Grundwasserströmungsfeld bewegt sich das Grundwasser infolge der Überlagerung der Vertikal- und Horizontalkomponente auf einer Hyperbel-ähnlichen absteigenden Strombahn durch den Grundwasserleiter auf den Vorfluter zu. Die vertikale Komponente wird bestimmt durch den Zutritt des Wassers an der Grundwasseroberfläche, die Horizontalkomponente von der Vertikalverteilung der Durchlässigkeiten und der abströmenden Wassermenge. Das Wasser mit seinen Inhaltsstoffen gelangt demnach mit zunehmender Fließzeit und Fließstrecke entlang der Strombahn in zunehmende Tiefe.

Oberflächennahes junges Grundwasser wird unmittelbar durch die Nutzung im Nahbereich der Messstelle beeinflusst, wohingegen tiefes Grundwasser seinen hydrochemischen Stempel vor längerer Zeit in einem weiter entfernt gelegenen Einzugsgebiet erhalten hat und sich aufgrund natürlicher Reaktionen schon weiter entwickelt hat (siehe Abbildung).

Eine Grundwassermessstelle besitzt nur einen schmalen Zustrombereich. Länge und Tiefenposition der Verfilterung entscheiden über Alter, Art und Grad der Beeinflussung einer durch Abpumpen gewonnenen Grundwasserprobe. Im Gegensatz dazu beeinflussen Förderbrunnen von Wassergewinnungsanlagen durch die konstante intensive Förderung das Strömungsfeld deutlich und fördern in der Regel ein Mischwasser aus einem entsprechend breitflächigen Bereich und aus allen Tiefenbereichen.

Untersuchungsumfang sowie -häufigkeit richten sich nach der Nutzung, der Überwachungsaufgabe und dem jeweiligen Untersuchungsprogramm.

Die an einer Messstelle zu untersuchenden Stoffe werden vom Betreiber der Messstellen problemorientiert aus folgenden Gruppen ausgewählt:

• Physikalische Parameter sowie Haupt- und Nebenbestandteile, die den natürlichen Grundwassertyp beschreiben aber auch durch anthropogene Stoffeinträge verändert sein können, wie z.B. pH-Wert, Temperatur, Leitfähigkeit, Redoxspannung, Sauerstoff, Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium, Nitrat und Exzess-N₂-Nitrat, Ammonium, Eisen, Mangan, Sulfat, Chlorid, Hydrogenkarbonat, Phosphat.
• Metalle und Metalloide, die in Spurenkonzentrationen in jedem Grundwasser vorkommen, aber durch anthropogene Faktoren höhere Konzentrationen aufweisen können, wie z.B. Zink, Kupfer, Nickel, Cadmium, Arsen, Quecksilber.
• Organische Summenparameter zur Auffindung anthropogener Einflüsse, wie z.B. AOX, Phenolindex, Kohlenwasserstoffe.
• Organische Einzelstoffe, die im natürlichen Grundwasser nicht auftreten und somit eine anthropogene Beeinflussung anzeigen, z.B. aus den Gruppen Pflanzenschutzmittel, leichtflüchtige Halogenkohlenwasserstoffe (LHKW), Per- und Polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS), polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), polychlorierte Biphenyle (PCB).
• Mikrobiologische Untersuchungen auf Keime, deren Anwesenheit auf fäkale Verunreinigungen des Grund- und Rohwassers schließen lassen, wie z.B. Coliforme Keime, E. coli und Koloniezahl.

Die im Land vorliegenden Grundwasserdaten (Messstellenstammdaten und Untersuchungsergebnisse) werden zentral in der Grundwasserdatenbank erfasst und ausgewertet. Zur Beurteilung der Messwerte werden Informationen hinzugezogen zu Grundwasserstand, Grundwasserströmung, Geologie des Untergrundes, Landnutzung, usw., die ebenfalls in der Datenbank abgelegt sind.

Dokumentiert wird die Grundwassersituation in verschiedenen Veröffentlichungen des LANUV und des MUNV. Weiterhin erfolgen jährlich Meldungen ausgewählter Messstellen und Messwerte an die EU.

Veröffentlichungen und weitere Links:

• Nitratbelastung des Grundwassers (2014) (LANUV-Fachbericht 55)
• Grundwasserneubildung in NRW im Kontext wasserrechtlicher Verfahren Synthesebericht zum Workshop vom 11. und 27. März 2020 im LANUV (LANUV-Fachbericht 106)
• Mengenmäßiger und chemischer Grundwasserzustand im 3. Monitoringzyklus (2013-2018), Gefährdung, Ursachen und Maßnahmen (Bewirtschaftungsplan 2022-2027).
• Verschiedene aktuelle "Grundwasser-Leitfäden":
  • Monitoring des Grundwassers gemäß EG-WRRL,
  • Leitfaden für die Bestandsaufnahme der Grundwasserkörper nach EG-WRRLund Anlage,
  • Leitfaden zur Anwendung von Qualitätssicherung an Grundwasserstands- und gütemessstellen nach EG-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) in Nordrhein-Westfalen, sog. "QS-Leitfaden"
• Informationen zum Projekt GROWA+ NRW 2021 und Abschlussbericht: Hauptgegenstand dieses Projektes war die regional hochauflösende Berechnung der diffusen Stickstoffeinträge in das Grundwasser und in die Gewässer aus der Landwirtschaft als Grundlage für Maßnahmenempfehlungen. Darüber hinaus erfolgte eine Weiterentwicklung des Wasserhaushaltsmodells mGROWA (zeitlich und räumlich hoch aufgelöste Ermittlung der Grundwasserneubildung in NRW), sowie eine Modellierung der Verweil- und Fließzeiten des Sickerwassers bis zum Erreichen der Grundwasseroberfläche, der Grundwasserkörper (Messnetz) und bis zum Erreichen der Vorfluter. Diese und viele weitere Ergebnisse aus dem Kooperationsprojekt GROWA+NRW 2021 sind auf der Projekt-website dargestellt. Zusätzlich ist der Abschlussbericht, bestehend aus 9 Teilberichten, als LANUV-Fachbericht 110 veröffentlicht.
• Informationen zum Projekt GROWA+ NRW 2027: Folgeprojekt von GROWA+ NRW 2021
• Antibiotikarückstände aus der Tierhaltung im Grundwasser (1)
• Grundwassergefährdung durch undichte Abwasserkanäle (LANUV-Fachbericht 43)
• Perfluorierte Tenside (LANUV-Fachbericht 34)
• Belastungsentwicklung von Oberflächengewässern und Grundwasser in NRW mit Glyphosat und AMPA (LANUV-Fachbericht 46)

(1) Hembrock-Heger, A., M. Nießner & R. Reupert (2011): Tierarzneimittel in landwirtschaftlich genutzten Böden und oberflächennahem Grundwasser in NW. Bodenschutz, 4 2011, S. 100 -104.)

Alle Grundwasser-Messdaten des LANUV sind im ELWAS-WEB öffentlich zugänglich.

Um die natürliche Grundwasserbeschaffenheit und deren Beeinflussung durch menschliche Eingriffe (punktuelle Schadstoffeinträge und diffuse Einträge durch Landnutzungen) auf die Grundwassergüte erkennen und beurteilen zu können, wird ein repräsentatives Messnetz zur Überwachung der Grundwassergüte in allen 275 Grundwasserkörpern des Landes NRW betrieben. Zu diesem landesweiten Messnetz zählen insbesondere in den Festgesteinsregionen NRW’s auch zahlreiche Quellen und Rohwassermessstellen.

Die landeseigenen Messstellen und ergänzend zum WRRL-Messnetz hinzu gezogenen Betreiber-Messstellen werden gemäß den Kriterien der EG-Wasserrahmenrichtlinie, Grundwasserrichtlinie und Grundwasserverordnung mindestens 1x jährlich beprobt und für verschiedene Fragestellungen ausgewertet. Informationen zum Monitoring und zu den Ergebnissen sind auf der Website Flussgebiete NRW abrufbar.

Darüber hinaus werden bei Bedarf Sondermessprogramme, beispielsweise zu den sogenannten „nicht relevanten“ Pflanzenschutzmittel-Metaboliten, zu Tierarzneimittel-(Antibiotika-) Rückständen, Abwasser-Indikatoren oder per- und polfluorierte Chemikalien (PFAS) an ausgewählten Grundwassermessstellen durchgeführt.

Weitere Messnetze:

Eine besondere Bedeutung für die langjährige Beobachtung der Grundwasserbeschaffenheit und zur repräsentativen Beobachtung der Landnutzungseinflüsse (Acker, Grünland, Siedlung, Wald) hat das im Jahr 2015 von der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) überarbeitete Messnetz für die Europäischen Umweltagentur (EUA-Messnetz) mit einem bundesweiten Bestand von ca.1200 Grundwassermessstellen und einem Anteil von 115 Messstellen aus Nordrhein-Westfalen.

Die Umsetzung der EG-Nitratrichtlinie (Richtlinie 91/676/EWG zum Schutz der Gewässer vor Verunreinigungen durch Nitrat aus landwirtschaftlichen Quellen) erfolgt richtliniengemäß anhand der durch Landwirtschaft (Acker, Grünland) beeinflussten Grundwassermessstellen, die als sog. EU-Nitratmessnetz ein Teilmessnetz des o.g. EUA-Messnetzes bilden. Die Ergebnisse werden alle vier Jahre als bundesweit gemeinsamer  Bericht der Bundesministerien für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) sowie für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) veröffentlicht. Der aktuelle Nitratbericht 2020 enthält die Auswertungen und Ergebnisse für den Berichtszeitraum 2016-2019. Der Nitratbericht 2023 wird ebenfalls bald erscheinen.

Die nordrhein-westfälischen Messstellen des EUA-Messnetzes werden für den Kernindikator Nitrat im Grundwasser verwendet und in diesem Kontext jährlich fortgeschrieben.

Darüber hinaus wurden alle langjährig verfügbaren Messdaten der Landesgrundwasserdatenbank zur Nitrat-Entwicklung im obersten Grundwasserstockwerk im Jahr 2014 für den Zeitraum 1992-2011 sowie zur Ist-Situation 2010-2013 im LANUV-Fachbericht 55 landesweit und für alle Landkreise und kreisfreien Städte Nordrhein-Westfalens systematisch ausgewertet und in Grafiken und Karten dargestellt.