Nitratmodellierung im Sicker- und Grundwasser

Ein erklärtes Ziel der Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) ist der »gute chemische Zustand« der Grundwasserkörper im Hinblick auf den Parameter Nitrat (< 50mg/l). Eine wichtige Voraussetzung zur Ableitung effizienter und wirksamer Maßnahmen zur Verringerung der Nitratbelastung im Grundwasser ist das Verständnis der Stickstoffausbreitung in der ungesättigten (Boden- und Transferzone) und der gesättigten (Grundwasser) Zone. Hierzu wurde Ende 2010 durch die ARGE, bestehend aus dem Büro für Angewandte Hydrologie (BAH), der Gesellschaft für Ingenieur-, Hydro- und Umweltgeologie mbH (IHU) und dem Institut für nachhaltige Landbewirtschaftung e.V. (INL e.V.) das gekoppelte Wasserhaushalts- und Stofftransportmodell »ReArMo« als Prognoseinstrumentarium für die Grundwasserbeschaffenheitsentwicklung speziell für die chemischen Verbindungen Nitrat und Ammonium entwickelt (PFÜTZNER et al., 2010).

Die Komponenten des gekoppelten Wasserhaushalts- und Stofftransportmodells »ReArMo« sind:

1. das Programm REPRO für die Auswertung der landwirtschaftlichen Bewirtschaftungsdaten auf Betriebsebene und die Bilanzierung der Stickstoffsalden auf Teilschlagebene,
2. das Programm ArcEGMO-PSCN für die deterministische Simulation der Sickerwasserbildung und des daran geknüpften Stoffaustrags aus der Bodenzone sowie der Abflusskonzentration in den Fließgewässern in Wechselbeziehung mit dem Grundwasser und
3. das Programm MODFLOW/MT3D-FL für die Abbildung der zeitlichen Entwicklung und räumlichen Verteilung der Nitrat- und Ammoniumkonzentrationen im Grundwasser.
   
   

Für die drei Trinkwassereinzugsgebiete Jahnaaue 2, Diehsa und Schleinitz, in denen ein kontinuierlicher Anstieg der Nitratkonzentrationen im geförderten Rohwasser gemessen wurde, wird nun exemplarisch der Nitrateintrag mittels ReArMo modelliert werden. Zuallererst müssen hierzu die Grundwasserströmungs- und Nitrattransportmodelle je Einzugsgebiet aufgebaut bzw. aktualisiert werden. Dann kann auf Grundlage der aktuellen Bewirtschaftungsdaten der Einzugsgebiete der IST-Zustand, d.h. der Nitrateintrag ins Grundwasser unter der jetzigen Bewirtschaftung simuliert werden. Anschließend werden auf der jetzigen Bewirtschaftung basierend verschiedene gewässerschonende Bewirtschaftungsszenarien entwickelt.

Da sich eine Umstellung der Bewirtschaftung der landwirtschaftlichen Flächen je nach Boden und Untergrund nicht unmittelbar auf die Qualität des Grundwassers auswirken und die unterschiedliche Wirksamkeit der entwickelten Bewirtschaftungsszenarien stark von einem sich verändernden Klima abhängen, soll der potentielle Nitrateintrag ins Grundwasser unter den verschiedenen Bewirtschaftungsszenarien in einer Langzeitsimulation (2021 – 2050) bei zusätzlicher Berücksichtigung relevanter und möglichst realitätsnaher Klimaläufe (WEREX VI: RCP2.6 und RCP8.5) aus dem Wasserhaushaltsportal Sachsen (KLIWES 2.0) simuliert werden.

Aus den Ergebnissen dieser Langzeitsimulationen werden dann fachlich begründete Empfehlungen zur Wirksamkeit, Effizienz und Optimierung der untersuchten Fördervorhaben abgeleitet und betriebsindividuelle Empfehlungen zur Senkung der Nitratbelastung erarbeitet.

Haferkorn, U., Ihling, H., Klöcking, B., Knab, G., Pfützner, B., Reinicke, F., Rost, A., Wenske, D.. Ergebnisse der gekoppelten N-Transportmodellierung in der ungesättigten und gesättigten Zone am Beispiel des WSG Diehsa. – Tagungsbeiträge Grundwassermontoring und –probennahme 2018. Arbeitskreis GW-Beobachtung. 71-82.

Ihling, H., Petzold, R.: Bewirtschaftungsmaßnahmen zur Reduzierung der Nitratbelastung im Einzugsgebiet der Quellfassung Schleinitz. Grundwasser 25(03): 285-299 (2020).

Klöcking, B., Wenske, D., Knab, G., Pfützner, B., Reinicke, F., Ihling, H., Rost, A., Haferkorn, U. (2018): ReArMo – Ein Modellverbund zur Abschätzung künftiger Entwicklungen des Grundwassers hinsichtlich Menge und Beschaffenheit. Forum für Hydrologie und Wasserbewirtschaftung, Heft 39.18, 215-225.

Knab, G., Wenske, D., Rost, A., Klöcking, B., Pfützner, B., Reinicke, F., Ihling, H. (2014). Pilotstudie WSG Diehsa als Anwendungsbeispiel für das gekoppelte Stick-stofftransportmodell ReArMo, Grundwasser – Altlasten – Boden aktuell, Schriftenreihe des LfULG, Heft 38/2014 (https://publikationen.sachsen.de/bdb/artikel/23619), 18-36.

Klöcking, B., Haferkorn, U., Reinicke, F., Ihling, H. (2013). Abschätzung künftiger Entwicklungen des Grundwassers hinsichtlich Menge und Beschaffenheit - Modellierung und Lysimeterbeobachtungen, 15. Gumpensteiner Lysimetertagung, ISBN-13: 978-3-902559-90-6, 63-68.

Pfützner, B., Klöcking, B., Knab, G., Wenske, D., Rost, A. Wagner, B., Steininger, M., Ihling, H., Kuhn, K. (2011). Konzept zur Erstellung eines gekoppelten Stofftransportmodells als Prognoseinstrumentarium für die Beschaffenheitsentwicklung im Grundwasser, Schriftenreihe des LfULG, Heft 41/2011 

Grundwasserschutz und Pflanzenbau am 27. Februar 2019 in Ostrau

Grundwasserschutz und Pflanzenbau am 26. Februar 2019 in Wartha

IHU (2020,2023). »ReArMo – Modellverbund zur Abschätzung der Stickstoffausbreitung und -frachten (NO₃, NH₄) in der gesättigten und ungesättigten Bodenzone sowie in der Grundwasserzone«, Dresdner Grundwassertage vom 13.–14. Juni 2023

Ihling, H., Auferkamp, K., Barth, N., Winkler, A., Klöcking, B., Tichatschke, M., Wolfig, C., Reinicke, F. (2020). Modellgestützte Wirkungsabschätzung für Agrarumwelt- und Klimamaßnahmen (RL AUK/2015) auf die Nitratbelastung des Sicker- und Grundwassers in drei Einzugsgebieten mit dem Modell ReArMo (Zeitraum: 2018 – 2022)