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Probleme und Lösungsansätze des Grundwassermonitorings nach EU-Wasserrahmenrichtlinie

Problems and Approaches of Solutions of Groundwater Monitoring According to the European Water Framework Directive

by Daniel Stietenroth
Doctoral thesis
Date of Examination:2005-04-19
Date of issue:2005-07-05
Referee:Prof. Dr. Gerhard Gerold
Referee:Prof. Dr. Karl-Heinz Pörtge
crossref-logoPersistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2400

 

 

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Name:stietenroth.pdf
Size:36.5Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract

English

With the long-term target to reach a good water condition , the European Water Framework Directive (WFD) states regulations for the human usage of water resources. The legal regulations prescribe two essential instruments for the implementation to all member states: measure program and management plan. More detailed guidelines concerning specific methods or processes are not given.Based on the WFD-regulations for the feature analysis of river basins and for the test of human activities influence, the aim of this investigation is to choose, apply and prove appropriate methods and processes with respect to their suitability for groundwater monitoring. This is carried out as an example for the German federal state of Baden-Württemberg. Due to the close dependence of groundwater quality on factors and processes of the soil-water-system, existing complete surface covering spatial classifications of natural landscape are integrated in the research and are compared with area classifications based on anthropogenic characteristics.The interpolation of punctual measurement information allows making full area covering statements on groundwater quality. The geostatistical investigation of spatial variability shows that spatial estimate is only permissible for few parameters of groundwater quality. Having the possibility to use a qualitative assessment of Kriging estimates based on a validated Variogram-fitting, this is to be preferred to the interpolation by Inverse-Distance-Weighting. Apparently high estimate errors are relativized by the large measurement point distances and the heterogeneity of the area of investigation. Both, anthropogenic and natural landscape classifications only show basically a close and explainable relation to groundwater quality. Area estimates integrating secondary information e.g. area classifications basing on soil-water-system-characteristics would lead to results with less estimate errors.With the help of a three-step cluster analysis, the measurement points of groundwater quality, according to their features, can be classified into groups of similar characteristics. The resulting groups of measurement points with similar groundwater features can predominantly be assigned to individual classes of the spatial reference systems.In general, suitable procedures for the realization of the WFD do exist. However, in order to get results that allow making area covering valid statements about the groundwater quality and the anthropogenic influence, existing methods must be adapted to the WFD-guidelines.
Keywords: European Water Framework Directive; WFD; Landscape Classification; Interpolation; Cluster; Interdisciplinarity

Other Languages

Mit dem Ziel, langfristig einen guten Zustand des Wassers zu erreichen, regelt die Europäische Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) den menschlichen Umgang mit der Ressource Wasser neu. Mit dem juristischen Regelwerk werden allen Mitgliedsstaaten die Hauptinstrumente Maßnahmenprogramm und Bewirtschaftungsplan für die Umsetzung vorgegeben. Detailliertere Vorgaben zu Methoden und Verfahren zur Überwachung des Gewässerzustands werden nicht gemacht.Ziel der Untersuchung ist es, ausgehend von den WRRL-Vorgaben für die Merkmalsanalyse von Flussgebieten und die Prüfung der Auswirkungen menschlicher Tätigkeiten geeignete Methoden und Verfahren auszuwählen, einzusetzen und auf ihre Eignung für das Grundwasserbeschaffenheitsmonitoring zu prüfen. Exemplarisch wird dies anhand des Bundeslandes Baden-Württemberg durchgeführt. Da sich die Grundwasserqualität in enger Abhängigkeit von Faktoren und Prozessen im Boden-Wasser-System befindet, werden flächendeckend vorliegende naturräumliche Klassifikationen als unterschiedliche räumliche Bezugssysteme in die Untersuchung einbezogen und mit Raumgliederungen anthropogenen Ursprungs verglichen.Flächendeckende Aussagen zur Grundwasserbeschaffenheit werden durch die Interpolation von Messpunktinformationen ermöglicht. Die geostatistische Untersuchung der räumlichen Variabilität zeigt, dass nur für einige Grundwasserbeschaffenheitsparameter eine Flächenschätzung zulässig ist. Durch die Möglichkeit der qualitativen Beurteilung von Krigingschätzungen auf Grundlage eines angepassten Variogrammmodells ist dieses Verfahren der Interpolation mittels Inverse-Distance-Weighting vorzuziehen. Vermeintlich hohe Schätzfehler relativieren sich aufgrund der großen Messpunktdistanzen und der Heterogenität des Untersuchungsgebietes. Sowohl naturräumliche als auch anthropogene Bezugssysteme zeigen nur in Ansätzen einen engen und erklärbaren Bezug zur Grundwasserbeschaffenheit. Flächenschätzungen unter Einbezug sekundärer Informationen beispielsweise Raumgliederung auf Grundlage der Boden-Wasser-System-Eigenschaften dürften zu Ergebnissen mit geringeren Schätzfehlern führen.Die Messstellen der Grundwasserbeschaffenheit lassen sich auf Grundlage der Merkmalsausprägungen mittels einer dreistufigen Clusteranalyse in Gruppen ähnlicher Eigenschaften zusammenfassen. Die gebildeten Messstellengruppen ähnlicher Grundwasserbeschaffenheitsmerkmale lassen sich überwiegend einzelnen Klassen der räumlichen Bezugssysteme zuordnen.Es existieren grundsätzlich geeignete Verfahren zur Umsetzung der WRRL. Um zu Aussagen zu gelangen, die aber flächendeckend valide Aussagen zur Grundwasserqualität und dem anthropogenen Einfluss zulassen, müssen diese Verfahren exakter an die WRRL-Vorgaben angepasst werden.
Schlagwörter: Europäische Wasserrahmenrichtlinie; WRRL; Raumgliederung; Interpolation; Cluster; Interdisziplinarität
 

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