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Leitbildorientierte Physikalisch-Chemische 15 Gewässerbewertung –

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Leitbildorientierte Physikalisch-Chemische 15 Gewässerbewertung – TEXTE UMWELTFORSCHUNGSPLAN DES BUNDESMINISTERIUMS FÜR UMWELT, NATURSCHUTZ UND REAKTORSICHERHEIT Forschungsbericht 200 24 226 UBA-FB 000322 Texte Leitbildorientierte physikalisch-chemische 15 Gewässerbewertung – 03 ISSN Referenzbedingungen und 0722-186X Qualitätsziele von Dipl.-Geol. Petra Schneider (Hydroisotop-Piewak GmbH) Dr. Peter L. Neitzel (Hydroisotop-Piewak GmbH) Dipl.-Geol. Martin Schaffrath (Hydroisotop-Piewak GmbH) Dr. Helmut Schlumprecht (Büro für Ökologische Studien) Hydroisotop-Piewak GmbH Oberfrohnaer Str. 84 D-09117 Chemnitz Büro für Ökologische Studien Alexanderstr. 5 D-95444 Bayreuth Im Auftrag des Umweltbundesamtes UMWELTBUNDESAMT Diese TEXTE-Veröffentlichung kann bezogen werden bei Vorauszahlung von 10,00 € durch Post- bzw. Banküberweisung, Verrechnungsscheck oder Zahlkarte auf das Konto Nummer 4327 65 - 104 bei der Postbank Berlin (BLZ 10010010) Fa. Werbung und Vertrieb, Ahornstraße 1-2, 10787 Berlin Parallel zur Überweisung richten Sie bitte eine schriftliche Bestellung mit Nennung der Texte-Nummer sowie des Namens und der Anschrift des Bestellers an die Firma Werbung und Vertrieb. Der Herausgeber übernimmt keine Gewähr für die Richtigkeit, die Genauigkeit und Vollständigkeit der Angaben sowie für die Beachtung privater Rechte Dritter. Die in der Studie geäußerten Ansichten und Meinungen müssen nicht mit denen des Herausgebers übereinstimmen. Herausgeber: Umweltbundesamt Postfach 33 00 22 14191 Berlin Tel.: 030/8903-0 Telex: 183 756 Telefax: 030/8903 2285 Internet: http://www.umweltbundesamt.de Redaktion: Fachgebiet II 3.4 Dipl.-Ing. Katrin Blondzik Berlin, März 2003 Berichts-Kennblatt 1. Berichtsnummer: 2. Berichtszeitraum 3. UBA-FB-000322 Mai 2000 bis März 2002 3. Titel des Berichts Leitbildorientierte physikalisch-chemische Gewässerbewertung – Referenzbedingungen und Qualitätsziele 4. Autoren 8. Abschlußdatum Dipl.-Geol. Petra Schneider 31.03.2002 Dr. Peter L. Neitzel Dipl.-Geol. Martin Schaffrath Dr. Helmut Schlumprecht 6. Durchführende Institution(en), Projektleiter 9. Veröffentlichungsdatum Hydroisotop-Piewak GmbH Büro für Ökologische Studien Oberfrohnaer Str. 84 Alexanderstr. 5 D-09117 Chemnitz D-95444 Bayreuth Projektleiterin: 10.UFOPLAN-Nr. Dipl.-Geol. Petra Schneider FKZ 200 24 226 7. Fördernde Institution(en) Umweltbundesamt, Bismarckplatz 1, D-14193 Berlin 11. Seitenzahl 195 15. Zusätzliche Angaben 12. Literaturangaben 218 Weitere Bearbeiter: 13. Tabellen 56 14. Abbildungen 13 15. Anlagen 2 16. Kurzfassung Ziel des Projektes war die Schaffung einer Datenbasis für die geogen bedingten Stoffkonzentrationen in deut- schen Oberflächengewässern. Wie die Ergebnisse der statistischen Auswertung der Analysenergebnisse der Referenzgewässer zeigen, ist eine Zusammenfassung der Gewässerlandschaften Deutschlands zu folgenden Landschaften möglich: Moore und Moorauen, salinare Landschaften, karbonatisch-dolomitische Landschaften, sandig-tonige Landschaften, silikatische Landschaften, metallogene Landschaften. Die vorhandene Datenlage der ausgewerteten Gewässerlandschaften lässt eine Bewertung hinsichtlich der Plausibilität der Zielvorgaben der LAWA zu. Es wird aber deutlich, dass auf Grund der ubiquitären anthropogenen Belastung die Ableitung von Referenzbedingungen für einige Kenngrößen derzeit nicht möglich ist. 17. Schlagwörter, Deskriptoren chemisch-physikalische Gewässerbewertung, geogener Hintergrund, Gewässertypisierung, 18. Preis 19. 20. 3 report-status 1. report number and status: 2. report time 3. UBA-FB-000322 may 2000 to march 2002 3. report title Physico-chemical Surface Water Assessment – Reference Status and Quality Aims 4. authors 8. final date Dipl.-Geol. Petra Schneider 31.03.2002 Dr. Peter L. Neitzel Dipl.-Geol. Martin Schaffrath Dr. Helmut Schlumprecht 6. institution(s), leader 9. date of publishing Hydroisotop-Piewak GmbH Büro für Ökologische Studien Oberfrohnaer Str. 84 Alexanderstr. 5 D-09117 Chemnitz D-95444 Bayreuth leader: 10.UFOPLAN-No. Dipl.-Geol. Petra Schneider FKZ 200 24 226 7. comissioning institution(s) Umweltbundesamt, Bismarckplatz 1, D-14193 Berlin 11. pages 195 15. attachments 12. references 218 other contributors: 13. tables 56 14. pictures 13 15. enclosure 2 16. short summary Aim of the study was the elaboration of a physico-chemical data base for the assessment of the natural back- ground of the surface water bodies in Germany. This data base was used to define the reference status of the surface waters in Germany. The results of the statistical analysis of 3.500 data sets show, that water body types can be summarised: bogs and bog riverside meadows, saliniferous type, carbonatic-dolomitic type, sandy-clayey type, silicatic type and metallogenic type. The representative data base allows an assessment of the plausibility of the environmental quality targets of LAWA. It was not possible to assess the natural background of the surface water bodies for same parameters because of the ubiquitously pressures. 17. key words, descriptors physico-chemical surface water assessment, natural background, water body classification, 18. costs 19. 20. 4 Leitbildorientierte physikalisch-chemische Gewässerbewertung – Referenzbedingungen und Qualitätsziele Inhaltsverzeichnis Vorwort 13 1. Einleitung und Veranlassung 15 2. Die EG-Wasserrahmenrichtlinie (Richtlinie 2000/60/EG) 17 3. Generelle Vorgehensweise bei der Bearbeitung des Forschungsvorhabens 21 3.1 Allgemeines 21 3.2 Wissenschaftliche Grundlagen 21 3.2.1 Geogene Charakteristika der Stoffhaushalte von Oberflächen- 22 gewässern und ihrer Einzugsgebiete (Hauptinhaltsstoffe und Spurenmetalle) 3.2.2 Einflussfaktoren auf die Ermittlung geogener Hintergrundwerte 23 3.3 Auswahl geeigneter Referenzgewässer 25 3.3.1 Nutzung von ökologischen Informationen 25 3.3.2 Beurteilungsverfahren der Gewässerqualität - generelle Ansätze 26 3.3.3 Anwendung chemisch-physikalischer Kriterien 27 3.3.4 Verteilung der Messpunkte der Fließ- und Standgewässer 27 3.3.5 Datenprüfung und -bewertung 27 3.4 Modellgeleitete Analogieschlüsse 32 4. Zusammenstellung der Datenbasis - Übersicht der zu berücksichtigenden 33 Fließgewässerlandschaften 5. Chemisch-physikalische Güteklassifizierung 36 5.1 Zusammenfassende Darstellung umweltprägender Eigenschaften von 36 Wasserinhaltsstoffen auf die Lebensbedingungen von Organismen - Übersichtseinteilung der Wirkungen der Elemente und Verbindungen 5.2 Einfluss von Art und Konzentration bestimmter Wasserinhaltsstoffe 37 auf die Existenzbedingungen von aquatischen Lebensgemeinschaften 5.3 Hintergrundbereiche nach SCHUDOMA et al. (1994) und LAWA-Ziel- 39 vorgaben (1998) 6. Ableitung von Referenzbedingungen für Fließ- und Standgewässer - 41 Daten aus der Literatur und Projektergebnisse 6.1 Summen-, Leit- und Wirkparameter 41 6.1.1 Wassertemperatur 41 6.1.2 pH-Wert 41 6.1.3 Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Wasser 43 6.1.4 Spezifische elektrische Leitfähigkeit 43 6.1.5 Sichttiefe 45 6.1.6 Abfiltrierbare Stoffe 46 5 Leitbildorientierte physikalisch-chemische Gewässerbewertung – Referenzbedingungen und Qualitätsziele 6.1.7 Gelöster Organisch-gebundener Kohlenstoff (Dissolved 46 Organic Carbon - DOC) und Organisch-gebundener Gesamt- kohlenstoff (Total Organic Carbon - TOC) 6.1.8 Chemischer Sauerstoffbedarf 48 6.1.9 Biologischer Sauerstoffbedarf 49 6.1.10 Spontane Sauerstoffzehrung in fünf Tagen 50 6.2 Hauptan- und Kationen 50 6.2.1 Einleitung 50 6.2.2 Chlorid 50 6.2.3 Sulfat 51 6.2.4 Hydrogencarbonat 53 6.2.5 Natrium 53 6.2.6 Kalium 55 6.2.7 Calcium 55 6.2.8 Magnesium 57 6.3 Nährstoffe 59 6.3.1 Gesamt-Stickstoff 59 - 6.3.2 Nitrat-Stickstoff (NO3 -N) 60 6.3.3 Nitrit-Stickstoff 62 6.3.4 Ammonium-Stickstoff 64 6.3.5 Gesamt-Phosphor 65 6.3.6 Orthophosphat-Posphor 68 6.4 Schwermetalle, Arsen und Kupfer 70 6.4.1 Arsen 70 6.4.2 Blei 72 6.4.3 Cadmium 74 6.4.4 Chrom 78 6.4.5 Kobalt 80 6.4.6 Kupfer 81 6.4.7 Nickel 83 6.4.8 Quecksilber 86 6.4.9 Zink 89 6.5 Anionen mit Spurencharakter 91 6.5.1 Fluorid 91 6.5.2 Bromid 92 6.5.3 Cyanid 93 6.5.4 Sulfid 94 6.5.5 Borat (Bor/Borsäure) 95 6.6 Übrige Metalle/Metalloide 96 6.6.1 Aluminium 96 6.6.2 Antimon 97 6.6.3 Barium 98 6.6.4 Beryllium 99 6.6.5 Cäsium 100 6.6.6 Cer 101 6 Leitbildorientierte physikalisch-chemische Gewässerbewertung – Referenzbedingungen und Qualitätsziele 6.6.7 Eisen 102 6.6.8 Mangan 103 6.6.9 Molybdän 105 6.6.10 Silber 106 6.6.11 Thallium 107 6.6.12 Titan 107 6.6.13 Uran 108 6.6.14 Vanadium 111 6.6.15 Wismut 112 6.6.16 Zinn 113 6.7 Ausweisung der Datendefizite und Ableitung des Untersuchungsbedarfs 114 6.8 Zusammenfassung von Fließgewässerlandschaften 116 6.9 Ermittlung des potenziell natürlichen chemisch-physikalischen Zustands von Gewässereinzugsgebieten mit verschiedenen Fließge- wässerlandschaftstypen und/oder anthropogenen Einflüssen 122 6.10 Ergebnisse der zusammengefassten Gewässerlandschaften 130 7. Zusammenfassung 136 Kurzfassung 145 Abstract 147 Quellenverzeichnis 149 Anhang Anlage 1 Verwendete Messpunkte der Fließ- und Standgewässer für die Ermittlung der ge- wässertypischen Referenzbedingungen Anlage 2 Hintergrundwerte in Bächen [aus: GEOCHEMISCHER ATLAS BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND (1985) - Wasserphase (Werte in µg/l) 7 Leitbildorientierte physikalisch-chemische Gewässerbewertung – Referenzbedingungen und Qualitätsziele Verzeichnis der Tabellen und Abbildungen (im Text) Tabelle 1: Schwermetallkonzentrationen (µg/l) unbelasteter Gewässer (aus: NORRA et al., 2000, S. 19) Tabelle 2: Prozentuales Verhältnis zwischen atmosphärischer Deposition und geogen be- dingtem Eintrag von Schwermetallen und Kupfer in die Oberflächengewässer auf der Grundlage von Frachtdaten (nach
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