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Ermittlung Geogener Hintergrundbelastungen Durch Schwermetalle in Oberflächengewässern Des Landes Sachsen - Anhalt

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Ermittlung Geogener Hintergrundbelastungen Durch Schwermetalle in Oberflächengewässern Des Landes Sachsen - Anhalt Abschlussbericht Ermittlung geogener Hintergrundbelastungen durch Schwermetalle in Oberflächengewässern des Landes Sachsen - Anhalt überreicht an: Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft, Sachgebiet Chemie Herr Nilius Willi-Brundert-Straße 14 06132 Halle erstellt von C&E Consulting und Engineering GmbH Jagdschänkenstraße 52 09117 Chemnitz und: IfUA Umweltberatung und Gutachten GmbH Röhrenstr. 27 06749 Bitterfeld Bitterfeld/Chemnitz, den 25.01.2010 Dr. P. Schneider Dipl.-Chem. B. Stüwer Dipl.-Ing. A. Süß Dr. S. Ackermann Dipl.-Ing. R. Löser Dipl.-Geol. K. Tröger Dipl.-Geol. M. Schaffrath Bearbeiter C&E GmbH Bearbeiter IfUA GmbH Abschlussbericht Ermittlung geogener Hintergrundbelastungen durch Schwermetalle in Oberflächengewässern des Landes Sachsen - Anhalt Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis .................................................................................................5 Tabellenverzeichnis ....................................................................................................15 Abkürzungsverzeichnis ..............................................................................................21 Anlagenverzeichnis.....................................................................................................23 1 Veranlassung und Zielstellung ............................................................................27 2 Hintergrund des Projektes....................................................................................28 2.1 Europäische Wasserrahmenrichtlinie (WRRL)................................................28 2.2 Tochterrichtlinie Umweltqualitätsnormen (Richtlinie 2008/105/EG) ................29 2.3 Stand der Umsetzung der WRRL in Sachsen-Anhalt......................................30 2.4 Fliessgewässertypologie in Sachsen-Anhalt ...................................................33 2.5 Vorgehensweise bei der Bearbeitung des Projektes.......................................39 2.6 Diskussion der Definition „geogener Hintergrundwert“....................................39 2.7 Methoden zur Ermittlung geogener Hintergrundwerte.....................................43 2.7.1 Überblick ................................................................................................43 2.7.2 Konzentrations-/Abflussbeziehung nach HELLMANN ..............................45 2.7.3 Verfahren nach Schleyer & Kerndorff ....................................................48 2.7.4 Komponentenseparation nach KUNKEL et al. .........................................53 2.7.5 Tongesteinsstandard nach TUREKIAN & WEDEPOHL ...............................59 2.7.6 Methode nach Greif................................................................................61 2.7.7 Hydrogeochemische Modellierung mit PHREEQC ................................64 3 Statistische Grundlagen und Methodentestung.................................................68 3.1 Statistische Grundlagen ..................................................................................68 3.1.1 Univariate statistische Maßzahlen .........................................................68 3.1.2 Verteilungsfunktionen.............................................................................69 3.2 Testung und Eignung der in der Literatur dokumentierten Methoden .............71 3.2.1 Konzentrations-/Abflussbeziehung nach HELLMANN ..............................71 3.2.2 Verfahren nach SCHLEYER & KERNDORFF...............................................85 3.2.3 Komponentenseparation nach KUNKEL et al. .......................................106 3.2.4 Verfahren nach GREIF ..........................................................................111 3.2.5 Hydrogeochemische Modellierung mit PHREEQC ..............................119 3.3 Bewertung der Methodeneignung .................................................................128 4 Datenrecherche und -analyse ............................................................................135 4.1 Übersicht der kontaktierten Institutionen und Rechercheergebnis................135 4.2 Darstellung der Datenlage.............................................................................137 2 Abschlussbericht Ermittlung geogener Hintergrundbelastungen durch Schwermetalle in Oberflächengewässern des Landes Sachsen - Anhalt 4.2.1 Datenbank des Gewässerüberwachungsprogrammes Sachsen-Anhalt (GÜSA).................................................................................................137 4.2.2 SCHNEIDER, P., NEITZEL, P. L., SCHAFFRATH, M., SCHLUMPRECHT, H. (2003): Leitbildorientierte physikalisch-chemische Gewässerbewertung – Referenzbedingungen und Qualitätsziele ............................................138 4.2.3 PRANGE, A., et al. (1997): Erfassung und Beurteilung der Belastung der Elbe mit Schadstoffen: Geogene Hintergrundwerte und zeitliche Belastungsentwicklung.........................................................................140 4.2.4 RENTZSCH, J. et al. (1984): Abschlussbericht Regionale Geochemische Prospektion Harz..................................................................................141 4.2.5 KUNKEL, R.; VOIGT, H.-J.; WENDLAND, F.; HANNAPPEL, S. (2004): Die natürliche ubiquitär überprägte Grundwasserbeschaffenheit Deutschlands .......................................................................................142 4.2.6 FEUERSTEIN, B., KUNZ, CH. (2008): Bewertung der chemischen Wasserqualität im Rahmen des Projektes „Revitalisierung der Dornburger Alten Elbe bei Magdeburg“ ...............................................143 4.2.7 Untersuchung der organischen Sedimente im Rahmen des Projektes „Revitalisierung der Dornburger Alten Elbe bei Magdeburg“ ...............144 4.2.8 DOBLER, L. (1999): Der Einfluss der Bergbaugeschichte im Ostharz auf die Schwermetalltiefengradienten in historischen Sedimenten und die fluviale Schwermetalldispersion in den Einzugsgebieten von Bode und Selke im Harz.......................................................................................145 4.2.9 ARGE Elbe (Hrsg.) (1979/80): Bericht über Ergebnisse der Schwermetalluntersuchungen im Elbabschnitt von Schnackenburg bis zur Nordsee..........................................................................................146 4.2.10 GREIF, A. (2005): „Ableitung von Referenzwerten geogener Hintergrundbelastungen für Schwermetalle in der Wasserphase sowie im schwebstoffbürtigen Sediment sächsischer Fließgewässer“...........147 4.2.11 KLEMM & GREIF (2009): „Oberflächengewässergenaue Ableitung von Referenzwerten geogener Hintergrundbelastungen für Schwermetalle und Arsen in der Wasserphase sowie im schwebstoffbürtigen Sediment sächsischer Fließgewässer im Einzugsgebiet des Erzgebirges/Vogtlandes“......................................................................148 4.3 Genetische Klassifizierung der Daten ...........................................................150 4.4 Datenaufbereitung und -analyse ...................................................................153 4.4.1 Plausibilitätsanalyse und Datenbereinigung ........................................153 4.4.2 Entwicklung eines Suchrasters für Fließgewässer...............................154 4.4.3 Identifizierung anthropogen beeinflusster Messstellen anhand der Beschaffenheitsdaten...........................................................................155 4.4.4 GIS-basierte Beurteilung der Messstellen............................................156 4.4.5 Ergebnisse der orientierenden statistischen Auswertung der Daten (Stand 11/2008) ...................................................................................156 4.4.6 Realisiertes Messprogramm ................................................................167 4.4.7 Ergebnisse der orientierenden statistischen Auswertung (Stand: 11/2009)...............................................................................................168 4.5 Fehler- und Unsicherheitsbetrachtungen ......................................................175 4.5.1 Fehlerpotenziale der Datengrundlage..................................................175 Datum: 25.01.2010 3 Abschlussbericht Ermittlung geogener Hintergrundbelastungen durch Schwermetalle in Oberflächengewässern des Landes Sachsen - Anhalt 4.5.2 Fehlerpotenziale und Unsicherheiten der verschiedenen Berechnungsmethoden ........................................................................177 5 Auswertung und Interpretation..........................................................................178 5.1 Ergebnisse der statistischen Auswertung .....................................................178 5.1.1 Aluminium ............................................................................................178 5.1.2 Antimon ................................................................................................180 5.1.3 Arsen....................................................................................................182 5.1.4 Barium..................................................................................................185 5.1.5 Beryllium ..............................................................................................187 5.1.6 Blei .......................................................................................................189 5.1.7 Cadmium..............................................................................................192 5.1.8 Chrom ..................................................................................................195 5.1.9 Eisen ....................................................................................................197
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