Projekte zum Grundwasser und zur Wasserqualitätsberatung Landwirtschaft
An dieser Stelle finden Sie Artikel zu begleitenden wissenschaftlichen Projekten, die sich mit dem Grundwasser und der Wasserqualitätsberatung für die Landwirtschaft befassen.
An dieser Stelle finden Sie Artikel zu begleitenden wissenschaftlichen Projekten, die sich mit dem Grundwasser und der Wasserqualitätsberatung für die Landwirtschaft befassen.
Titel |
Weiterentwicklung des Modellsystems zur regional hoch aufgelösten Quantifizierung der diffusen Stickstoff- und Phosphoreinträge ins Grundwasser und die Oberflächengewässer NRWs |
Abkürzung |
GROWA+ NRW 2027 |
Auftraggeber |
Ministerium für Umwelt, Naturschutz und Verkehr Nordrhein-Westfalen |
Durchführende Institution |
LANUV, Forschungszentrum Jülich, Geologischer Dienst NRW, Landwirtschaftskammer NRW |
Leitung |
LANUV NRW |
Laufzeit |
August 2022 bis November 2025 |
Begleit-Arbeitskreise |
Jährlich (2022, 2023, 2024, 2025) mit Vertretern der „AG Grundwasser“ und der „AG WRRL“ |
Projekt-Arbeitskreise |
2x jährlich (Kooperationspartner) |
Experten-Arbeitskreise |
2-3x jährlich (unter Hinzuziehung von themenspezifischen Fachleuten) |
Die Belastung des Grundwassers und der Oberflächengewässer in NRW durch Stickstoff- und Phosphoreinträge stellt ein komplexes Umweltthema dar. Dies erfordert die Zusammenarbeit von Behörden und öffentlichen Institutionen der Land- und Wasserwirtschaft sowie Forschungseinrichtungen.
Im Rahmen des Kooperationsprojektes GROWA+ NRW 2021 (2016-2019) wurden diffuse Stickstoff- und Phosphoreinträge in die Grund- und Oberflächenwasserkörper von NRW mithilfe eines hoch aufgelösten Modellsystems modelliert und quantifiziert. Einerseits wurden die Nährstoffeinträge in die Systeme Boden und Gewässer aus der Landwirtschaft, über den Luftpfad, aus dem Abwasserbereich und aus urbanen Systemen betrachtet. Andererseits sind der Transport und die vielfältigen Abbau- und Rückhalteprozesse von Nährstoffen im Grundwasser und in den Fließgewässern berücksichtigt worden. Hierfür stand die Modellkette RAUMIS-mGROWA-DENUZ-WEKU-MEPhos/MONERIS zur Verfügung. Die Ergebnisse dieser Modellierung waren für die Umsetzung der EU-Nitratrichtlinie, der EG-Wasserrahmenrichtlinie und der EU-Meeresschutzstrategierichtlinie sowie einer damit einhergehenden Maßnahmenplanung von wesentlicher Bedeutung. Unter Anderem wurden die Ergebnisse für die Ausweisung von Nitrat belasteteten und mit Nährstoffen angereicherten Gebieten im Jahr 2021 herangezogen.
Die Datenbestände und Modellgrundlagen des Modellsystems GROWA+ NRW 2021 sollen im Zuge des neuen Projektes GROWA+ NRW 2027 aktualisiert und verfeinert werden.
Beispielsweise sollen höher auflösende aktualisierte Bodenkarten (hier BK 5), digitale Geländemodelle (hier DGM 1), Landnutzungs- und Klimadaten, die neue Gewässerstationierungskarte und die neu modellierte Grundwasser-Oberfläche NRW einbezogen werden. Das Modell zur Ermittlung von Phosphorbelastungen (MEPhos), die Drainpotenzialkarte, das Wasserhaushaltsmodell (mGROWA) und die Modellierung der Denitrifikation im Boden und Grundwasser (DENUZ-WEKU) werden dadurch weiter verfeinert.
Außerdem werden neue Konzepte zur Validierung der Modellergebnisse entwickelt und angewendet (Denitrifikation im Grundwasser, Berücksichtigung von Verweil- und Fließzeiten und historische Stickstoffsalden). Die weitergehende Anwendung der Modellergebnisse (hier das maximal tolerierbare Stickstoffsaldo) im Rahmen der landwirtschaftlichen Gewässerschutzberatung als Maßgabe für den vorsorgenden Grundwasser-/Gewässerschutz soll mithilfe einer Verknüpfung zum Düngeportal entwickelt und erprobt werden.
Die Ergebnisse des Projektes sollen insbesondere der im Jahr 2025 durchzuführenden vierten WRRL-Bestandsaufnahme dienen.
Am Kooperationsprojekt beteiligt sind das Forschungszentrum Jülich, der Geologische Dienst NRW, die Landwirtschaftskammer NRW und das LANUV NRW. Das Projekt wird vom Ministerium für Umwelt, Naturschutz und Verkehr (MUNV) von August 2022 bis November 2025 gefördert. Die Koordinierung erfolgt durch das LANUV.
Im Folgenden werden die Modellsysteme zur Ermittlung der Stickstoff- und Phosphoreinträge in die Grund- und Oberflächengewässer von NRW jeweils graphisch dargestellt.
Zur Beurteilung der tatsächlich in das Grundwasser eingetragenen Stickstoffmengen bzw. der Höhe der Denitrifikation bietet sich die N2/Argon-Methode an. In dem Maße, wie der N2-Gehalt von dem üblichen N2/Argon-Verhältnis abweicht, kann dieser „Exzess-N2“ als Abbauprodukt des in das Grundwasser eingetragenen Nitrats abgeschätzt werden.
Der auf der Fließstrecke bis zum Erreichen einer Messstelle oder eines Brunnens stattfindende Nitratabbau im Grundwasser kann durch Messung des Parameters Exzess-N2 im jeweiligen Brunnen untersucht werden. Somit kann berechnet werden, wie hoch der Nitrateintrag in das Grundwasser tatsächlich gewesen ist, und in welchem Umfang ein Nitratabbau stattgefunden hat. Die Untersuchung des Nitratabbaus ist wichtig, um lokal unterschiedliche bzw. zeitlich schwankende Nitratbelastungen des Grundwassers erklären zu können. Da die Nitratabbaukapazität im Grundwasser limitiert bzw. nicht jederzeit ausreichend wirksam ist, kann es bei entsprechend hohen Stickstoffeinträgen notwendig sein, die Stickstoffeinträge zu senken, auch wenn aktuell bzw. lokal (noch) gar keine relevante Nitratbelastung im Grundwasser festzustellen ist. Die ersten Exzess-N2-Untersuchungen im Auftrag des Landes NRW an WRRL-Grundwassermessstellen wurden in einer Masterarbeit im Jahr 2016 ausführlich beschrieben und näher ausgewertet.
Weitere Auswertungen der Exzess-N2 -Untersuchungskampagnen im Auftrag des LANUV in den Jahren 2016/2017 wurden durch Dr. Michael Eisele bei der Fachsektion Hydrogeologie e.V. in dem Deutsche Geologische Gesellschaft - Geologische Vereinigung e.V., kurz FH-DGGt, im Jahr 2018 sowie bei der NRW-Trinkwasserkommission im Jahr 2018 präsentiert.
Des Weiteren wurden Untersuchungen des Exzess-N2 im Grundwasser auch tiefendifferenziert an Acker-/Grünland-, Siedlungs- sowie speziell an Waldstandorten in NRW durchgeführt, um zu prüfen, wie hoch die Nitrateinträge dort im Vergleich zu anderen Landnutzungen sind und welche Rolle dem Nitratabbau an derzeit „unbelastet“ oder „gering belastet“ eingestuften Standorten zukommt.
Studierende der Fakultät für Geowissenschaften der Ruhr-Universität Bochum untersuchen die Ursachen der Belastungserhöhung in ihren Masterarbeiten.
In einigen Grundwasserkörpern in NRW, die wegen erhöhter Stickstoffeinträge aus der Landwirtschaft als belastet eingestuft sind (Nitrat, Ammonium), wurden bei der zweiten Zustandsbewertung im Jahr 2015 an einigen landwirtschaftlich beeinflussten Messstellen auch erhöhte Aluminiumkonzentrationen sowie steigende Arsen-, Cadmium-, Nickel- und zum Teil weitere Schwermetallkonzentrationen beobachtet, die über den Hintergrundwerten liegen und die die Grundwasserschwellenwerte (gem. GrwV 2010) bzw. die Trinkwassergrenzwerte überschreiten. Den Ursachen lokal erhöhter Aluminium- und Schwermetallkonzentrationen im Grundwasser von NRW wurde im Rahmen einer Masterarbeit nachgegangen.
Die Ursachen erhöhter Ammoniumkonzentrationen und weiterer Begleitparameter, die bei anhaltend hohen Stickstoffeinträgen die Grundwasserqualität lokal beeinträchtigen können, wurden im Jahr 2017 im Rahmen einer Masterarbeit an der Ruhr-Universität Bochum untersucht.
Der Monitoringleitfaden beschreibt die in NRW zugrunde liegende Konzeption der Grundwassermessstellennetze zur Überwachung des mengenmäßigen und chemischen Zustands der Grundwasserkörper.
Der aktuell gültige Monitoringleitfaden Grundwasser zur Zustandsermittlung für den 3. Bewirtschaftungsplan (Stand: 12/2018) beschreibt die in NRW zugrunde liegende Konzeption der Grundwassermessstellennetze gemäß § 9 GrwV zur repräsentativen Überwachung des mengenmäßigen und chemischen Zustands der Grundwasserkörper. Darüber hinaus beschreibt der Monitoringleitfaden Grundwasser die für den 3. Bewirtschaftungsplan gültige Methodik zur Ermittlung von Zustand und Trend der Grundwasserkörper in mengenmäßiger und chemischer Hinsicht. Im Anhang 2 dieses Leitfadens ist die Vorgehensweise für den 2. Bewirtschaftungsplan dokumentiert. Anhang 1 enthält darüber hinaus die im Zeitraum 2003/2004 festgelegten Vorgaben und einige Anwendungsbeispiele zur Auswahl repräsentativer Messstellen aus dem insgesamt bedeutend umfangreicheren Grundwassermessstellenpool der Grundwasserdatenbank.
Alle sechs Jahre wird entsprechend den Vorgaben der Grundwasserverordnung eine umfassende Bestandsaufnahme der Grundwasserkörper vorgenommen. Die dritte Bestandsaufnahme war bis zum 22.12.2019 abzuschließen. Dabei wird ermittelt, ob ein Grundwasserkörper gefährdet ist, die Ziele der EG-WRRL zu erfüllen (hinsichtlich Menge oder Chemie).
Die Risikobeurteilung betreffend die Zustandsziele blickt in die Zukunft, während die Zustandsbeurteilung auf die Entwicklung zurückblickt (RBMP: River Basin Management Plan („Bewirtschaftungsplan für Flusseinzugsgebiete“)). Quelle: CIS -Leitfaden Nr. 18 und Nr. 26Diese sogenannte „Risikoanalyse“ bezieht sich jeweils auf die Frage, ob die Zielerreichung bis zum Ende der nächsten Bewirtschaftungsperiode (Prognose: bis 2027) ggf. gefährdet ist oder nicht. Im Gegensatz dazu wird bei der – ebenfalls alle sechs Jahre stattfindenden – Zustandsbewertung ermittelt, ob der aktuelle Status – ausgehend von dem jeweils vorausgehenden Monitoringzyklus (aktuell: 2013-2018) – gut ist oder nicht.
Die Vorgaben und fachliche Umsetzung für die Zustandsermittlung Grundwasser sind im oben genannten Monitoringleitfaden Grundwasser ausführlich erläutert.
Die Vorgaben und fachliche Umsetzung für die Durchführung der Bestandsaufnahmen Grundwasser und zur Ermittlung der gefährdeten Grundwasserkörper („Risikoanalyse“) sind im Leitfaden zur Bestandsaufnahme Grundwasser nachzulesen.
Das Rahmendokument „Leitfaden 3. Bestandsaufnahme Grundwasser“ enthält eine allgemeingültige Rahmenkonzeption zur Bestandsaufnahme Grundwasser nach der EG-Wasserrahmenrichtlinie und deren Umsetzung im Land Nordrhein-Westfalen. Basierend auf der Arbeitshilfe der LAWA Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser aus dem Jahr 2013 zur Durchführung der Bestandsaufnahme Grundwasser werden allgemeingültige Informationen und NRW-spezifische Vorgehensweisen im Überblick beschrieben.
Spezifische Regelungen der einzelnen EG-WRRL-Planungszyklen werden in den Anlagen und zugehörigen Anhängen wiedergegeben, die nachfolgend aufgelistet sind. Die Methodik zur Durchführung der Risikoanalyse (aktuell: Dritte Risikoanalyse bzw. 3.Bestandsaufnahme) ist in Anlage 1 vollständig dokumentiert.
Mithilfe der gewählten Aufteilung in ein statisches Zentraldokument zur Rahmenkonzeption und Anlagen/Anhänge zu Methodik und Datengrundlagen ist eine Fortschreibung des Leitfadens für die jeweils gültigen Planungszyklen ebenso möglich wie eine rückblickende Betrachtung auf vergangene Planungszyklen und deren etwaige methodische Unterschiede.
Um die Vorgaben der Grundwasserverordnung (GrwV 2010, zuletzt geändert im Jahr 2017) zur Durchführung einer repräsentativen Überwachung des mengenmäßigen und chemischen Zustands der Grundwasserkörper an dafür geeigneten Grundwassermessstellen zu erfüllen, wurde im Zeitraum 2016-2018 ein „Leitfaden zur Anwendung von Qualitätsanforderungen an Grundwasserstands- und -gütemessstellen nach EG-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) in Nordrhein-Westfalen“ erarbeitet. Dieser Leitfaden gliedert sich in ein Kerndokument, in dem die fachlichen Vorgaben und Erläuterungen zu den einzelnen Prüf- und Qualitätskriterien gegeben werden, und einen Anhang 1, der die Prüfschemata zu den 39 Qualitätskriterien enthält. Diese 39 Kriterien zur Prüfung der Qualitätsanforderungen an WRRL-Grundwassermessstellen untergliedern sich in die Bereiche
1: Lage & Ausbau
2: Dokumentation und
3: Funktionstüchtigkeit
Prüfkriterien für WRRL-Wasserstands- und Güte-Messstellen / © LANUV NRW
Das Grundwasser wird in Nordrhein-Westfalen anhand eines Messnetzes von rund 1.400 Messstellen untersucht. Dabei werden Daten zur Beurteilung des mengenmäßigen und des chemischen Grundwasserzustands ermittelt. Zusätzlich werden beim Grundwasser in bestimmten Fällen auch noch Trendbetrachtungen durchgeführt.
Die Grundwassermenge wird anhand der Messung des Grundwasserstandes in Grundwassermessstellen gemessen. Durch Auswertung von Grundwasserstandsänderungen können die mengenmäßigen Zustände der Grundwasserkörper beurteilt werden.
Die Einstufung des chemischen Zustands der Grundwasserkörper erfolgt aufgrund der regelmäßigen Untersuchung von Grundwasserproben der Messstellen. Dabei wird geprüft, ob alle Schwellenwerte der in der Grundwasserverordnung genannten Stoffe eingehalten werden. Außerdem muss sichergestellt werden, dass es keine Hinweise auf schädliche Einträge aus menschlichen Tätigkeiten gibt und dass vom Grundwasser keine schädlichen Einflüsse auf die Oberflächengewässer, auf grundwasserabhängige Landökosysteme (wie Flussauen oder Niedermoore) oder auf Grundwassernutzungen ausgehen.
Bei der Beurteilung des mengenmäßigen Zustandes werden verschiedene Aspekte betrachtet. Grundvoraussetzung ist eine ausgeglichene Mengenbilanz. Grundwasserentnahme und Grundwasserneubildung sollen sich die Waage halten. Außerdem wird anhand langjähriger Datenreihen geprüft, ob es Anzeichen dafür gibt, dass sich der Grundwasserstand durch menschliche Tätigkeiten ändert. Es muss auch ausgeschlossen werden, dass sich der Grundwasserzustand negativ auf Oberflächengewässer oder grundwasserabhängige Landökosysteme auswirkt. Ein weiterer Hinweis, dem die Behörden nachgehen, ist das Eindringen von Salz in das Grundwasser.
Der chemische Zustand ergibt sich grundsätzlich aus der Beurteilung der Messwerte für die in der Grundwasserverordnung genannten Stoffe: Nitrat, Nitrit, Ammonium, Phosphat, Sulfat, Chlorid, Pflanzenbehandlungsmittel und Biozide, Tri- und Tetrachlorethen, Arsen, Blei, Cadmium und Quecksilber. Neben dem Vergleich mit den dort festgelegten Schwellenwerten, wird zusätzlich durch die Expertinnen und Experten geprüft, ob es Gründe gibt, trotz Schwellenwertverletzungen einen guten Zustand zu vergeben oder trotz Einhaltung aller Schwellenwerte den chemischen Zustand als "schlecht" einzustufen. Für diese Experteneinschätzung werden verschiedene Kriterien, wie z. B. die flächenhafte Ausdehnung der Belastung oder das Vorhandensein von Altlasten, herangezogen.
Nur wenn mengenmäßiger und chemischer Zustand als "gut" eingestuft werden, ist insgesamt ein guter Zustand gegeben.
Detaillierte Grundlageninformationen zum Monitoring des Grundwassers finden Sie in der Grundwasserverordnung und im Monitoringleitfaden Grundwasser.
Im Rahmen dieses Projektes sollen die möglichen Auswirkungen von Klimaänderungen auf das Grundwasserdargebot in Nordrhein-Westfalen in zeitlich und räumlich hoher Auflösung analysiert werden.
Titel | Auswirkungen von Klimaänderungen auf das nachhaltig bewirtschaftbare Grundwasserdargebot und den Bodenwasserhaushalt in Nordrhein-Westfalen |
Projektkürzel | Klimaänderungen, Grundwasserdargebot und Bodenwasserhaushalt in NRW |
Durchführende Institutionen | Forschungszentrum Jülich GmbH |
Projektleitung | MKULNV NRW |
Status | abgeschlossen 2014 |
Die nordrhein-westfälische Landesregierung verfolgt beim Thema Klimawandel eine Doppelstrategie: einerseits soll durch eine gezielte Unterstützung der Klimaschutzpolitik und regionale Schutzmaßnahmen dazu beigetragen werden, die Erderwärmung auf ein erträgliches Maß zu begrenzen, andererseits sollen die nicht mehr abwendbaren Folgen des Klimawandels abgeschätzt werden, um die Schäden so gering wie möglich zu halten bzw. die sich evtl. ergebenden Chancen zu nutzen.
Vor diesem Hintergrund sollten im Rahmen dieses Projektes die möglichen Auswirkungen von Klimaänderungen auf das Grundwasserdargebot in Nordrhein-Westfalen in zeitlich und räumlich hoher Auflösung analysiert werden.
Die Studie sollte Daten zu den Nährstoffbilanzüberschüssen der Landwirtschaft, Nitratkonzentration im Sickerwasser, zum Nitrateintrag ins Grundwasser und den N‐Minderungsbedarf ermitteln.
Titel | Aktualisierung der regional differenzierten Quantifizierung der N‐Einträge ins Grundwasser Nordrhein‐Westfalens |
Projektkürzel | N‐Einträge ins Grundwasser NRW - Aktualisierung |
Durchführende Institutionen | Forschungszentrum Jülich GmbH |
Projektleitung | MKULNV NRW |
Status | abgeschlossen 2014 |
Für das gesamte Bundesland Nordrhein‐Westfalen sollen die Nährstoffbilanzüberschüsse der Landwirtschaft flächendifferenziert für das Bezugsjahr 2010 quantifiziert werden. Hierauf aufbauend soll die Nitratkonzentration im Sickerwasser und der Nitrateintrag ins Grundwasser ermittelt werden, um Belastungsschwerpunkte (Hotspots) zu identifizieren. Im Anschluss hieran soll der Stickstoff‐Minderungsbedarf für die Erreichung von Umweltqualitätszielen in den Grundwasserkörpern berechnet werden.
Der Eintrag von Stickstoff und Phosphor stellt auch in NRW ein wesentliches Problem für den Gewässerschutz dar. Zur Beseitigung dieser Defizite sind wirksame und kosteneffiziente Maßnahmen zu identifizieren und umzusetzen, um bis spätestens 2027 einen „guten Zustand“ in den Wasserkörpern in NRW sowie in den Küstenwasserkörpern der Nordsee zu erreichen.
Titel | Räumlich differenzierte Quantifizierung der N- und P-Einträge in Grundwasser und Oberflächengewässer in Nordrhein-Westfalen unter besonderer Berücksichtigung diffuser landwirtschaftlicher Quellen |
Projektkürzel | N- und P-Einträge in Grundwasser und Oberflächengewässer in NRW |
Durchführende Institutionen | Forschungszentrum Jülich GmbH |
Projektleitung | MKULNV NRW |
Status | abgeschlossen 2010 |
Der Eintrag von Stickstoff (N) und Phosphor (P) in Grund- und Oberflächenwasserkörper stellt auch in Nordrhein-Westfalen ein wesentliches Problem für den Gewässerschutz dar. Dies lässt in zahlreichen Fällen befürchten, dass die in der EG-WRRL festgelegten Umweltqualitätsziele nicht eingehalten werden können. Zur Beseitigung dieser Defizite sind wirksame und kosteneffiziente Maßnahmen zu identifizieren und umzusetzen, um bis spätestens 2027 einen „guten Zustand“ in den Wasserkörpern in NRW sowie in den Küstenwasserkörpern der Nordsee zu erreichen.
Die Identifizierung möglichst kosteneffizienter Maßnahmen wird durch zahlreiche Probleme erschwert. So ist oft nicht klar, welche Nährstoffmengen in einem definierten Gebiet auf den unterschiedlichen Eintragspfaden in die Wasserkörper gelangen. Gerade dies ist aber wichtig, um einerseits den Hebel an der richtigen Stelle anzusetzen und andererseits räumliche Belastungsschwerpunkte identifizieren zu können. Ein weiteres Problem besteht in der Prognose der Wirksamkeit der Maßnahmen und der Zeitspanne, in der diese Wirkungen zu erzielen sind. So führt z. B. eine Verringerung der N-Düngung auf landwirtschaftlichen Flächen unter Umständen nur sehr langfristig zu einer Verbesserung der Grundwasserqualität.
Der Geologische Dienst hat ein modular aufgebautes Geographisches Informationssystem entwickelt, das u. a. Ergebniskarten (1:5.000) der Flächen erstellt, die geogen bedingt vergleichsweise ungünstige Rückhalteeigenschaften gegenüber Stoffeinträgen haben. Mit dieser erweiterten Hölting-Methode wird ein fachübergreifender Ansatz von Bodenschutz und Grundwasserschutz erreicht.
Titel | Schutzfunktionsbewertung der Grundwasserüberdeckung |
Projektkürzel | Grundwasserüberdeckung |
Durchführende Institution | Geologischer Dienst NRW |
Projektleitung | MKULNV NRW |
Status | abgeschlossen 2008 |
Aufgrund unterschiedlicher natürlicher Bedingungen weisen Flächen bzw. Böden unterschiedlich gute Rückhalteeigenschaften gegenüber Stoffeinträgen auf. Daraus ergeben sich unterschiedliche Schutzfunktionen für das Grundwasser.
"Social Media"-Einstellungen
Wenn Sie diese Felder durch einen Klick aktivieren, werden Informationen an die nachfolgenden Dienste übertragen und dort gespeichert:
Facebook, Twitter, Youtube, Pinterest, Instagram, Flickr, Vimeo
Bitte beachten Sie unsere Informationen und Hinweise zum Datenschutz und zur Netiquette bevor Sie die einzelnen Sozialen Medien aktivieren.
Datenfeeds von sozialen Netzwerken dauerhaft aktivieren und Datenübertragung zustimmen: