Strukturelle und chemische Quelltypologie in der Südlichen Frankenalb

Problemstellung

Der Landkreis Eichstätt liegt in dem durch Karstmorphologie und -hydrologie beschriebenen Landschaftsraum der Südlichen Frankenalb. Aufgrund der hohen Wasserdurchlässigkeit des weißen Jura (Malm) ist das Gebiet generell arm an Quellaustritten. Die Seltenheit von Quellstandorten betont deren wertvolle ökologische Bedeutung, lässt aber auch erahnen, daß mit ihr ein hoher Nutzungsdruck durch den Menschen verbunden ist (Mühlbetriebe, Sägewerke, Fischteiche, Einfriedungen zur Brauchwassergewinnung usw.). Im Altmühltal zwischen Dollnstein und Beilngries sind quasi keine unverbauten Quellaustritte mehr vorhanden. Entweder ist die Quelle am Austritt selbst gefasst oder aber der Bachlauf nicht mehr in seinem natürlichen Bett. Neben der Gefährdung des eigentlichen Quellstandortes (Quellmorphologie) unterliegen die Quellwässer einer Gefährdung durch diffuse und punktuelle Stoffeinträge im Wassereinzugsgebiet.

Anlage eines Quellenkatasters

Mit Hilfe eines Quellenkatasters sollen dem WWA Ingolstadt flächendeckend Informationen über Lokalität, Typ, Nutzung, stoffliche Belastung der Quellen sowie den Grad ihrer Verbauung bzw. ihrer naturnahen Belassenheit zur Verfügung gestellt werden. Das Quellenkataster soll einen Überblick über die Bedeutung und mögliche Notwendigkeit von Quellschutzmaßnahmen im Untersuchungsgebiet liefern. Erstmals wurden in der südlichen Frankenalb auch flächendeckende Untersuchungen über die Belastung der Quellwässer mit Pflanzenschutzmitteln (PSM) durchgeführt. Die aufgenommenen 124 Standorte verteilen sich auf ein Untersuchungsgebiet von ca. 900 km2, daraus ergibt sich eine mittlere Quelldichte von lediglich 0,12 Quellen pro km2.

Schutzgut Quellstandort

Nach ihrer Morphologie werden Quellen in Sickerquellen, Sturzquellen und Tümpelquellen unterteilt. Je nach dem Grad der Verbauung kann der natürliche, ursprüngliche Typ jedoch nur noch erahnt werden oder bleibt unbekannt. Die nachfolgende Tabelle verdeutlicht den Nutzungsdruck durch den Menschen. Im gesamten Untersuchungsgebiet sind keine naturnahen Sturzquellen mehr vorhanden.

Quelltypen im Untersuchungsgebiet

Art des Quellaustritts	Anzahl Insgesamt	davon ohne Fassung (natürlich)
Sickerquelle	43	14
Sturzquelle	28	0
Tümpelquelle	12	7
unbekannt	41	-
Insgesamt	124	21

Nitratbelastung im Quellwasser

Nitrat wird im Boden-, Sicker-, und Grundwasser nicht spezifisch absorbiert. Seit ca. 50 Jahren hat der Nitrateintrag in das Grundwasser durch die verstärkte Ausbringung von landwirtschaftlichen Mineral- und Wirtschaftsdüngern erheblich zugenommen. Bei den neun aufgenommenen Quellen im Untersuchungsgebiet mit ausschließlich forstwirtschaftlicher Nutzung liegt der mittlere Nitratgehalt bei 6,7 mg/l. Dagegen sind die Nitratgehalte in landwirtschaftlich genutzten Wassereinzugsgebieten um ein vielfaches höher (Max.: 85 mg/l, Mittelwert 34 mg/l).

Die Äquivalentprozente nehmen beim Nitrat vom seichten Karst zum Tiefenkarst hin ab (Abb.3: Nitratbelastung im Karst der Mittleren Altmühlalb). Bei den hohen Anteilen von sehr alten Wässern im Tiefenkarst, stehen die Nitratkonzentrationen noch nicht im Gleichgewicht zu den aktuellen Stoffeinträgen im Wassereinzugsgebiet.

Mittlere NO3-Anteile in c(eq)% nach Aquifer

Aquifer	Std.-Abw.	n	NO3-c(eq)% (mg/l)
Hängende Grundwasserlinse (OSM)	3,26	23	5,64 (24,6)
Seichter Karst	3,0	38	7,86 (37,7)
Höherer Karst	3,61	18	6,84 (30,3)
Tiefenkarst	1,07	18	3,60 (17,4)

Obwohl über die Klärabläufe insbesondere Nitrat in den Karstaquifer gelangt, bleibt der Nitratgehalt im Grundwasser davon nahezu unbeeinflusst, da der diffuse Nitrateintrag quantitativ dominiert.

Einfluss von Kläranlagen auf Nitratbelastungen im Quellwasser

Kläranlage im Wasserschutzgebiet	Std.-Abw.	n	NO3²-c(eq)%
nicht vorhanden	3,27	18	11,29
vorhanden	3,21	19	12,66

Die Nitratkonzentrationen im Aquifer sind wesentlich von der faziellen Ausprägung in der ungesättigten Zone abhängig.

Mittlere NO3--Anteile in c(eq)% nach Fazies in der ungesättigten Zone

Fazies in der ungesättigten Zone	Std.-Abw.	n	NO3-c(eq)% (mg/l)
Postjurassische Auflage (OSM)	3,26	26	5,30 (24,1)
Schichtfazies	3,00	13	9,12 (42,3)
Mischfazies	3,61	15	7,62 (35,3)
Riffazies	1,07	13	5,58 (31,1)

Die Nitratwerte im Aquifer sind bei einer riffaziellen Ausprägung in der ungesättigten Zone am niedrigsten. Von daher könnte eine Abhängigkeit der ungesättigten Zone auf die Nitratkonzentration im Grundwasser vermutet werden. Da die Landnutzung erheblich von der faziellen Ausprägung in der ungesättigten Zone abhängig ist, der Nitrateintrag jedoch wiederum stark von der Landnutzung beeinflusst wird, sollten die Angaben in noch über die Landnutzung gewichtet werden.

Gewichtungsfunktion

NO3- [c(eq)%]gewichtet = ((NO3- [c(eq)%]Quelle - NO3- [c(eq)%]MW-Wald)*100)/La
mit
NO3- [c(eq)%]gewichtet = Anteil des Nitrateintrags in c(eq)% aus der Landwirtschaft gewichtet über die Ackerfläche
NO3- [c(eq)%]Quelle = Anteil des Nitrats in c(eq)% im Quellwasser (Aquifer)
NO3- [c(eq)%]MW-Wald = Mittlerer Nitrateintrag von 2,1 c(eq)% bei 100% forstwirtschaftlicher Nutzung
La = Anteil der ackerbaulichen Nutzung im Wassereinzugsgebiet in %

Nach der Gewichtung zeigt sich für die fazielle Differenzierung ein anderes Bild. Die niedrigen Äquivalentprozente in der Riffazies egalisieren sich durch den Gewichtungsprozess. Wohingegen die Nitratgehalte bei einem mächtigen postjurassischen Auflagesediment in der Grundwasserüberdeckung auf niedrigem Niveau beharren. Womöglich zeigt sich hier eine Grundwasserschutzfunktion durch die postjurassische Auflage.

Mittlere NO3--Anteile in c(eq)% nach Fazies in der ungesättigten Zone (gewichtet)

Fazies in der ungesättigten Zone	Std.-Abw.	n	NO3-c(eq)% (mg/l)
Postjurassische Auflage (OSM)²	4,77	12	5,71 (29,6)
Schichtfazies	1,71	9	9,35 (48,9)
Mischfazies	2,31	11	11,7 (62,5)
Riffazies	4,60	8	14,5 (77,5)

PSM-Konzentrationen im Quellwasser

Im Rahmen der Stammdatenaufnahme für das Quellenkataster sind - soweit die Wasser-einzugsgebiete bekannt waren - vorhandene Kläranlagen auf der Jurahochfläche mit aufgenommen worden. In die nachfolgende Tabelle sind nur Karstwassereinzugsgebiete innerhalb des seichten Karstes und des höheren Tiefenkarstes eingegangen, da für den Tiefenkarst infolge großer Verdünnungseffekte durch altes Grundwasser der Einfluß von punktuellen Einleitern verfälscht, bzw. abgedämft wird. Insgesamt sind 23 Wassereinzugs-gebiete ohne und 19 Wassereinzugsgebiete mit punktuellem Einleiter in die Berechnungen mit eingegangen.

Einfluss von Kläranlagen auf PSM-Belastungen im Quellwasser

Kläranlage im Wasserschutzgebiet	Std.-Abw.	n	PSM total µg/l
nicht vorhanden	0,18	23	0,25
vorhanden	0,33	19	0,53

Die PSM-Gehalte sind in Wassereinzugsgebieten mit Kläranlagen doppelt so hoch. Ein Großteil der Pflanzenschutzmittel könnte über die Reinigung der Spritzgeräte und über das Entsorgen von Resten in die Kanalisation ins Grundwasser gelangt sein. Bei den nachgewiesenen Pflanzenschutzmitteln handelt es sich überwiegend um Atrazin und dessen Metaboliten Desethylatrazin. Sind andere Pflanzenschutzmittel aus aktuellen Applikationen im Quellwasser nachgewiesen worden, so waren Konzentrationen von über 0,1 m g/l nur bei Quellen mit Kläranlage im Wassereinzugsgebiet zu beobachten.

Einfluss von Kläranlagen auf Atrazin-Desethylatrazin-Verhältnis

Kläranlage im Wasserschutzgebiet	Std.-Abw.	n	Atrazin/Desethylatrazin
nicht vorhanden	0,26	23	0,46
vorhanden	0,17	19	0,74

Das Verhältnis von Atrazin zu Desethylatrazin ist beim Vorhandensein von Kläranlagen im Wassereinzugsgebiet auffällig erhöht (bei geringen Standardabweichungen). Vermutlich findet ein Großteil des Abbauprozesses hin zum Desethylatrazin vor allem in der Bodenzone statt, dessen Passage bei der punktuellen Einleitung umgangen wurde.