Lfulg Schriftenreihe Heft 10/2010
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Geogene Hintergrundbelastungen Schriftenreihe, Heft 10/2010 Oberflächenwassergenaue Ableitung von Referenzwerten geogener Hintergrundbelastungen für Schwermetalle und Arsen in der Wasserphase sowie im schwebstoffbürtigen Sediment sächsischer Fließgewässer im Einzugsgebiet des Erzgebirges/Vogtlandes Annia Greif, Prof. Dr. rer. nat. Werner Klemm Schriftenreihe des LfULG, Heft 10/2010 | 1 Inhaltsverzeichnis 1 Ziel und Hintergrund ............................................................................................... 4 2 Projektmanagement ................................................................................................ 6 3 Anforderungen der WRRL und nationaler Regelwerke........................................ 8 4 Theoretische Untersuchungen im Erzgebirge/Vogtland.................................... 12 4.1 Gesteine .................................................................................................................. 12 4.2 Böden ...................................................................................................................... 13 4.3 Bachsedimente........................................................................................................ 15 5 Praktische Untersuchungen in den Referenzgebieten....................................... 16 5.1 Probenahme............................................................................................................ 16 5.2 Probenaufbereitung und Analytik............................................................................. 21 5.3 Qualitätssicherung................................................................................................... 23 6 Referenzgebiet Obere Freiberger Mulde/Bobritzsch .......................................... 26 6.1 Gebietsbeschreibung............................................................................................... 26 6.1.1 Hydrografie.............................................................................................................. 26 6.1.2 Geologie .................................................................................................................. 27 6.1.3 Mineralisationen und Lagerstätten........................................................................... 29 6.1.4 Böden und Landnutzung ......................................................................................... 33 6.2 Ergebnisse der Detailuntersuchungen..................................................................... 36 6.2.1 Meteorologische und hydrologische Situation ......................................................... 36 6.2.2 Vor-Ort-Parameter................................................................................................... 37 6.2.3 Elementgehalte in Wässern und Sedimenten.......................................................... 39 6.2.4 Regionale Differenzierung ....................................................................................... 45 7 Referenzgebiet Obere Zwickauer Mulde.............................................................. 50 7.1 Gebietsbeschreibung............................................................................................... 50 7.1.1 Hydrografie.............................................................................................................. 50 7.1.2 Geologie .................................................................................................................. 51 7.1.3 Lagerstätten und Mineralisationen........................................................................... 53 7.1.4 Böden und Landnutzung ......................................................................................... 54 7.2 Ergebnisse der Detailuntersuchungen..................................................................... 57 7.2.1 Meteorologische und hydrologische Situation ......................................................... 57 7.2.2 Vor-Ort-Parameter................................................................................................... 58 7.2.3 Elementgehalte in den Wässern und Sedimenten................................................... 60 7.2.4 Regionale Differenzierung ....................................................................................... 65 8 Referenzgebiet Schwarzwasser ........................................................................... 69 8.1 Gebietsbeschreibung............................................................................................... 69 8.1.1 Hydrografie.............................................................................................................. 69 8.1.2 Geologie .................................................................................................................. 71 8.1.3 Mineralisationen und Lagerstätten........................................................................... 74 Schriftenreihe des LfULG, Heft 10/2010 | 2 8.1.4 Böden und Landnutzung ......................................................................................... 79 8.1.5 Recherche in vorhandenen Datenbeständen des LfULG ........................................ 84 8.2 Ergebnisse der Detailuntersuchungen..................................................................... 92 8.2.1 Meteorologische und hydrologische Situation ......................................................... 92 8.2.2 Vor-Ort-Parameter................................................................................................... 93 8.2.3 Elementgehalte in Wässern und Sedimenten.......................................................... 96 8.2.4 Regionale Differenzierung ..................................................................................... 104 9 Untersuchung ausgewählter Grubenwässer .................................................... 112 9.1 Beschreibung ........................................................................................................ 112 9.2 Ergebnisse ............................................................................................................ 113 10 Zusammenfassung.............................................................................................. 119 11 Literaturverzeichnis ............................................................................................ 128 12 Anlagen ................................................................................................................ 131 Schriftenreihe des LfULG, Heft 10/2010 | 3 1 Ziel und Hintergrund Das zentrale Ziel der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) ist der gute ökologische und chemische Zustand der Gewässer in der EU, der bis 2015 erreicht werden soll. Für einige Schwermetalle und Arsen zeichnen sich bei den bereits festgelegten Umweltqualitätsnormen für die Einstufung des ökologischen bzw. des chemischen Zustandes Überschreitungen in den Fließgewässern und ihren Sedimenten/Schwebstoffen des sächsischen Grundgebirges ab. Die Ursachen liegen in dem be- reits ursächlich geogen bedingten Schwermetallstatus der sächsischen Fließgewässer. Um weitere immissionsseitige Umweltqualitätsnormen für Schwermetallkonzentrationen in der Wasserphase sowie im schwebstoffbürtigen Sediment abzuleiten bzw. Überschreitungen bestehender Qualitäts- normen rechtfertigen zu können, ist die gewässerspezifische Beurteilung der natürlicherweise vor- handenen geogenen Schwermetallgehalte notwendig. Ziel des Forschungsprojektes ist eine weite- re Differenzierung und Ausweisung geogener Hintergrundwerte für die o. g. Kompartimente bis auf die Ebene der Oberflächenwasserkörper. Die Bearbeitung des Forschungsprojektes durch das Institut für Mineralogie der TU Bergakademie Freiberg im Auftrag des LfULG schließt an das LfUG-Forschungsprojekt „Ableitung von Referenz- werten geogener Hintergrundbelastungen für Schwermetalle in der Wasserphase sowie im schweb- stoffbürtigen Sediment sächsischer Fließgewässer“ (Bearbeitungszeitraum 05.11.2004 bis 31.10.2005, AZ 13.8802.3522/72) an, in dem gezeigt werden konnte, dass - eine Abschätzung des geogenen Backgrounds einzugsgebietsbezogen anhand vorhande- ner prospektionsorientierter Untersuchungen an Bachsedimenten <200 µm vorgenommen werden kann, - in den Oberläufen der Mittelgebirgsbäche ein erhebliches Wissensdefizit, insbesondere bezüglich der Wasserphase, aber auch bei den schwebstoffbürtigen Sedimenten <20 µm vorliegt, - nach klassischer prospektionsorientierter Vorgehensweise neue Erkenntnisse über die Background-Situation der Wässer (Gesamtgehalte/gelöste Bestandteile) und schwebstoff- bürtigen Sedimente <20 µm in ausgewählten Teileinzugsgebieten gewonnen werden kön- nen. Für Sachsen zeigte sich, dass die Anwendung geogener Hintergrundkonzentrationen als Additiv zur ökotoxikologisch definierten Schwelle notwendig wird und sinnvoll ist. Aufgrund der großen Differenziertheit des geochemischen Inventars sächsischer Gesteine und Böden sowie der vielfälti- gen Mineralisationen und Lagerstätten und der historisch gewachsenen Bodenbelastung ist eine Ableitung überregionaler Hintergrundkonzentrationen basierend auf Flussgebietseinheiten nicht vertretbar. Für das Erzgebirge/Vogtland wird im Rahmen dieses Forschungsprojektes die Ableitung von regionalen geogenen Hintergrundkonzentrationen aus Teileinzugsgebieten (Oberflächenwas- serkörpern) geprüft und diskutiert. Einen Fortschritt in der Rechtsgrundlage stellt die EG-Tochter-Richtlinie dar, bei der Anhang I Teil B Nr. 3 (WRRL 2008) die Ausweisung geogener Hintergrundwerte zulässt: Schriftenreihe des LfULG, Heft 10/2010 | 4 „Die Mitgliedstaaten können