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Umweltatlas Berlin

02.04 Qualität des oberflächennahen Grundwassers (Ausgabe 2006)

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Methode

Auswahl der Indikatoren

Im Rahmen einer umfassenden statistischen Analyse aller Messdaten des Basismessnetzes wurden ca. 150 Parameter berlinweit ausgewertet. Die Nitratgehalte im Grundwasser Berlins sind grundsätzlich unproblematisch. Die organischen Spurenstoffe einschließlich der Pflanzenschutzmittel sowie Schwermetalle sind nur an wenigen Messstellen und lokal sehr begrenzt nachweisbar. Diese Aussage stützt die Einschätzung, dass durch die Punktquellen Berlins nach jetzigem Kenntnisstand keine flächenhafte Beeinträchtigung der Grundwasserkörper verursacht wird. Bei der Auswahl der Parameter für eine umfassendere Bewertung wurden nur die als potenzielle Problemstoffe im Grundwasser Berlins erkannten Parameter näher ausgewertet. Tabelle 1 dokumentiert die für eine flächenhafte chemische Charakterisierung des Berliner Grundwassers relevanten Parameter zusammen mit Angaben zur Anzahl der im Ergebnis der Messstellenauswahl vorhandenen Messwerte, unterschieden nach der Herkunft der Messstellen.

Tab. 1: Angaben zur Anzahl der Messwerte von den ausgewählten Messstellen pro Parameter und Herkunft
Parameter Senat BWB Bohr- Pro- gramme Altlast- sonder- untersu- chungen * Umland Summe % der Analysen < Nachweis- grenze (NWG)
elektrische Leitfähigkeit 1819 2216 73 2670 184 6962 -
Sulfat 1833 1564 76 3026 261 6760 2,1
Chlorid 1835 1486 76 3019 279 6695 0,2
Ammonium 1832 1130 75 2962 255 6254 13,0
Kalium 1835 1422 75 2498 144 5974 3,0
Oxidierbarkeit 1810 1488 36 2300 25 5659 0,1
ortho-Phosphat 1775 1414 - 2459 196 5844 29,1
Bor 1805 731 35 2565 20 5156 37,8
*: inkl. des Datenbestandes der "Altdaten" sowie des "Großprojektes"
Tab. 1: Angaben zur Anzahl der Messwerte von den ausgewählten Messstellen pro Parameter und Herkunft

Excel
[Die Tabelle liegt auch im Excel-Format vor (MS-Excel wird benötigt).]

Nachdem die Beschaffenheitsdaten einer Prüfung und Bereinigung unterzogen wurden, konnten die arithmetischen Mittelwerte pro Messstelle gebildet werden. Diese bilden die unmittelbare Datengrundlage für eine regionalisierte Darstellung der Grundwasserbeschaffenheit (Erweiterung der Punktdaten zu Flächendaten).

Intervallgrenzen

Für eine differenzierte flächenhafte Darstellung der Konzentrationsbereiche wurden sechs Klassen gebildet, die im Zuge einer differenzierten statistischen Auswertung der Messwerte gebildet wurden. Die Tabelle 2 zeigt die Perzentilverteilung und die Schwellenwerte. Bei Bor liegt der Schellenwert von 1 mg/l in Anlehnung an die Trinkwasserverordnung (TrinkwV) weit oberhalb der im Berliner Grundwasser gemessenen Werte. Der Wert wurde daher dem Datensatz angepasst und der Schwellenwert auf den halben Grenzwert der TrinkwV (500 µg/l) festgelegt.

Tab. 2: Klassenbildung anhand von Perzentilen des Senatsmessnetzes im Hauptgrundwasserleiter
Perzentil Leitf. Chlorid Sulfat Ammonium CSV-Mn Kalium o-Phosphat Bor
  µS/cm mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l µg/l
10-P. 590 17 60 0,04 1,25 1,15 0,02 38
25-P. 738 34 120 0,11 1,75 1,9 0,03 50
50-P. 953 53 184 0,29 2,4 3,15 0,11 50
75-P. 1219 74 275 0,59 3,4 7 0,39 112
90-P. 1555 102 411 1,86 5,15 15,7 0,67 239
TrinkwV 2000 250 240 0,5 5,0 12 6,7 1000
Tab. 2: Klassenbildung anhand von Perzentilen des Senatsmessnetzes im Hauptgrundwasserleiter

Excel
[Die Tabelle liegt auch im Excel-Format vor (MS-Excel wird benötigt).]

Nach Auswertung der Tabelle 2 wurde für eine erste Beurteilung der flächenhaften Verteilung von potenziellen Belastungsparametern eine Klassenbildung in sechsstufige Intervalle gemäß Tabelle 3 festgelegt. Diese feine Abstufung dient vorrangig der besseren räumlichen Darstellung von konzentrationsähnlichen Bereichen als Grundlage eines differenzierteren Abgleichs mit den Landnutzungsdaten. Des weiteren können Hochlastbereiche so besser abgeschätzt werden. Für eine erste Bewertung der Befunde sind im wesentlichen die Bereiche bis halber Schwellenwert, halber Schwellenwert bis Schwellenwert und größer Schwellenwert von Bedeutung. Die Abstufung in sechs Bereiche wurde folgendermaßen angepasst:

Tab. 3: Grenzen der Intervalle für die Darstellung der Konzentrationen bzw. Überschreitungswahrscheinlichkeiten
Klasse Leitf. Chlorid Sulfat Ammonium CSV-Mn Kalium ortho- Phosphat Bor
  µS/cm mg/l mg/l Überschrei- tungswahr- scheinlich- keit einer Konzen- tration von 0.5 mg/l mg/l mg/l Überschrei- tungswahr- scheinlich- keit einer Konzen- tration von 0.3 mg/l µg/l
  < 500 < 20 < 50 < 10 % < 1.0 < 1.0 < 10 % < 50
  500 - 750 20 - 50 50 - 120 10 - 25 % 1.0 - 1.5 1.0 - 2.0 10 - 25 % 50 - 75
  750 - 1000 50 - 75 120 - 180 25 - 50 % 1.5 - 2.5 2.0 - 3.0 25 - 50 % 75 - 100
  1000 - 1500 75 - 125 180 - 240 50 - 75 % 2.5 - 4.0 3.0 - 6.0 50 - 75 % 100 - 200
  1500 - 2000 125 - 250 240 - 360 75 - 90 % 4.0 - 5.0 6 - 12 75 - 90 % 200 - 500
  > 2000 > 250 > 360 > 90 % > 5 > 12 > 90 % > 500
fett gedruckt sind die Grenzwerte der Trinkwasserverordnung
Tab. 3: Grenzen der Intervalle für die Darstellung der Konzentrationen bzw. Überschreitungswahrscheinlichkeiten

Excel
[Die Tabelle liegt auch im Excel-Format vor (MS-Excel wird benötigt).]

Darstellung

Für die Regionalisierung wurde als geostatistisches Verfahren das Kriging - Schätzverfahren ausgewählt, das auf der Bildung gewichteter Mittelwerte von Variablenwerten basiert. Für die kontinuierliche, flächenhafte Bestimmung eines im Raum verteilten Parameters stehen Messungen an ausgewählten Orten (Grundwassermessstellen) zur Verfügung. Um "vom Punkt in die Fläche" zu kommen, also Angaben zur flächenhaften Verteilung des Parameters zu erhalten, müssen die Informationen aus den Punktmessungen räumlich interpretiert werden. Eine Variable kann jedoch an jedem Ort im Raum einen anderen Wert annehmen. Diese Variabilität lässt sich oft nicht vollständig beschreiben. Sie ist jedoch meist nicht zufällig, sondern durch eine gewisse räumliche Kontinuität geprägt. Erkennbar ist, dass räumlich näher beieinander liegende Messwerte ähnlicher zueinander sind als weiter entfernte. Aus der Vielzahl der zur Verfügung stehenden Kriging-Schätzverfahren wurde für die Parameter Elektrische Leitfähigkeit, Sulfat, Chlorid, Kalium, Oxidierbarkeit und Bor das "Ordinary Kriging" (im Folgenden "OK") ausgewählt. Dieses auch als "gewöhnliches" Kriging bezeichnete Verfahren liefert im Ergebnis der räumlichen Analyse für jeden gewählten Schätzpunkt innerhalb eines Gitters (grid) eine Konzentrationsangabe in der jeweils absoluten Maßeinheit des betreffenden hydrochemischen Parameters. Dies war das Ziel der Untersuchungen.

Bei den Parametern Ammonium und Ortho-Phosphat wurde das Verfahren des "Indikator-Kriging" angewendet (im Folgenden "IK" genannt), da durch die Variogrammanalyse bei diesen Parametern keine räumliche Abhängigkeit der Messwerte untereinander festgestellt werden konnte. Im Gegensatz zum OK werden bei dem Indikator-Kriging-Ansatz die Messwerte nicht direkt verwendet, sondern durch eine Umwandlung in binäre Codes (0 und 1) in Abhängigkeit von einem festzulegenden Schwellenwert modifiziert. Das Ergebnis des IK liefert Angaben zur Wahrscheinlichkeit der Überschreitung des Schwellenwertes. Ein Wert von 75 % bedeutet z.B., dass in diesem Gebiet mit 75 %iger Wahrscheinlichkeit eine Grenzwertüberschreitung anzutreffen ist. Diese Codes gehen dann auf die gleiche Art in das Kriging-Schätzverfahren ein, wie beim OK, sodass eine flächenhafte Auswertung möglich ist. Der Indikator-Kriging-Ansatz wird dann angewandt, wenn der Anteil der Messwerte unterhalb der jeweiligen Bestimmungsgrenze relativ hoch ist. Der Anteil der Messwerte unterhalb der jeweiligen Bestimmungsgrenze ist bei den Parametern Ammonium, Ortho-Phosphat und Bor relativ hoch. Da der Parameter Bor jedoch in der Variogrammanalyse der Originalmesswerte eine interpretierbare Korrelation in Abhängigkeit von der Entfernung aufwies, wurde hier eine Interpolation nach dem OK-Ansatz bevorzugt.

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