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
Date of Examination:2005-04-19
Date of issue:2005-07-05
Referee:Prof. Dr. Gerhard Gerold
Referee:Prof. Dr. Karl-Heinz Pörtge
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Format:PDF
Description:Dissertation
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
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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