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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 darunter liegende 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 zurückliegende Stoffeinträge noch lange feststellbar sind. Ebenso machen sich positive Effekte eingeleiteter Gegenmaßnahmen erst nach langer Zeit im Grundwasser bemerkbar.

Die Vermeidung von Stoffeinträgen - der vorsorgende Grundwasserschutz - ist daher der aufwändigen nachträglichen Reinigung des Grundwassers immer vorzuziehen.

 

Überwachung der Grundwasserbeschaffenheit

Die Grundwasserüberwachung in NRW wird seit 1984 durch das Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz 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

Messstellen zur Überwachung der Grundwasserbeschaffenheit

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: Messstellen der Grundwasserüberwachung

ÜberwachungszielAnzahl aktiver Messstellen im Zeitraum 2008 - 2015 (gerundet)

Stand: Jan. 2016

Grundwasserüberwachung

Landeseigene Grundwassermessstellen

Nichtlandeseigene Grundwassermessstellen
(Kommunen, Firmen und Verbände)

1180


2050
Rohwasserüberwachung
Förderbrunnen der Wasserversorgung2200
Deponieüberwachung
Grundwassermessstellen zur Deponieüberwachung900
Messstellen insgesamt6330

Die Messstellen sind in etwa gleichmäßig über ganz NRW verteilt; in den ergiebigen und wasserwirtschaftlich intensiv genutzten Lockergesteinsbereichen ist eine erhöhte Messstellendichte zu erkennen.

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 hyperbelähnlichen 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.
Oberflächenahes 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).

Grundwasserströmung im Porengrundwasserleiter

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 und -häufigkeit

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

Erfassung und Auswertung

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

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

Landesweites Monitoring

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 unter http://www.flussgebiete.nrw.de zu finden.

Darüber hinaus werden Sondermessprogramme, beispielsweise zu den sogenannten „nicht relevanten“ Pflanzenschutzmittel-Metaboliten, zu Tierarzneimittel-(Antibiotika-) Rückständen, Abwasser-Indikatoren oder Perfluorierten Tensiden an ausgewählten Grundwassermessstellen durchgeführt.

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

Veröffentlichungen:

-          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)

-          Nitratbelastung des Grundwassers (LANUV-Fachbericht 55)

-          Mengenmäßiger und chemischer Grundwasserzustand, Gefährdung, Ursachen und Maßnahmen (Bewirtschaftungsplan 2016-2021)

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

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) bundesweit überarbeitete Messnetz der Europäischen Umweltagentur (EUA-/Nitratmessnetz). Die bundesweiten Ergebnisse dieses Messnetzes zu Nitrat werden zur Umsetzung der EG-Nitratrichtlinie (Richtlinie 91/676/EWG) regelmäßig als gemeinsamer Bericht der Bundesministerien für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit sowie für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz veröffentlicht.

Die nordrhein-westfälischen Messstellen des genannten EUA-Messnetzes zu Nitrat werden als Kernindikatoren verwendet und in diesem Kontext jährlich fortgeschrieben.

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

LANUV-Fachbericht 55

Bei Fragen zur Grundwasserbeschaffenheit und zum Grundwassermonitoring gemäß EG-Nitratrichtlinie und EG-Wasserrahmenrichtlinie wenden Sie sich bitte an:

grundwasserguete@lanuv.nrw.de

  • Dr. Sabine Bergmann, 0211-1590-2209
  • Peter Neumann, 0211-1590-2200
  • Martin Staedtler, 0211-1590-2225

 


[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.)