Ein Messverfahren der Universität Kassel weist Schadstoffspitzen im Regenwasser nach, die herkömmliche Methoden nicht erfassen. Während der gesamte Wasserfluss im Bach eine nahezu gleichbleibende Belastung anzeigt, treten im frischen Regenwasser deutliche Eintragsspitzen auf. Umweltbehörden könnten die Daten künftig nutzen, um Verunreinigungen direkt an der Quelle zu reduzieren.
Das Verfahren liefert dafür präzisere Grundlagen als bisherige Messansätze. Es ermöglicht eine gezieltere Ausrichtung von Schutzmaßnahmen auf frisches Regenwasser statt auf die gesamte Wassermenge im Bach. Über 18 Monate untersuchten Forschende der Universität Kassel dafür ein landwirtschaftlich geprägtes Quellgebiet in den deutschen Mittelgebirgen.
Mit natürlichen Markierungsstoffen (Tracer) trennten sie das frische Regenwasser vom bestehenden Boden- und Grundwasser. Anschließend analysierten sie beide Komponenten getrennt auf Nitrat, Gesamtphosphor und Hauptionen.
Regenwasser zeigt andere Werte als der Gesamtabfluss
Der gesamte Wasserfluss im Bach ergab einen Variationskoeffizienten von 0,13. Dieser Wert entspricht einer nahezu gleichbleibenden Schadstoffkonzentration. Im herausgefilterten Regenwasser lag der Variationskoeffizient dagegen bei 0,36 und weist damit auf deutliche Spül- und Verdünnungsmuster hin.
Erstautor Lukas Ditzel, Doktorand am Fachgebiet Hydrologie und Stoffhaushalt der Universität Kassel, ordnete den Unterschied ein: „Bisherige Messungen haben diese Dynamik schlicht überdeckt, weil sich im Bach alle Wassermengen vermischen. Das Messergebnis des Gesamtwassers täuscht ein stabiles Verhalten vor, obwohl im frischen Regenwasser massive Schadstoffschübe wirken.“
Nitrat und Phosphor zeigten beim Transport Ähnlichkeiten. Die Forschenden führen die Schadstoffschübe auf zwei Ursachen zurück: Bei starkem Regen springen Drainagerohre an, zugleich werden alte Stoffspeicher im Boden freigesetzt.
Verfahren erfasst auch weitere Schadstoffgruppen
Wird das frische Regenwasser getrennt ausgewertet, werden Transportpfade sichtbar, die zuvor verborgen blieben. Das gilt neben Düngemitteln auch für Pflanzenschutzmittel, Mikroplastik und Medikamentenrückstände.
Das Messverfahren benötigt ein vergleichsweise geringes Budget. Es kommt mit wenigen Parametern aus und lässt sich an verschiedene Regionen anpassen.
Ditzel führt aus: „Wenn Wasserwirtschaftsämter ihre Schutzmaßnahmen gezielt auf das frische Regenwasser anstatt auf die gesamte Wassermenge ausrichten, ermöglicht das eine deutlich präzisere und kostengünstigere Schadstoffreduktion.“
Für eine breitere Anwendung empfehlen die Forschenden Folgestudien. Diese sollen Datensätze aus unterschiedlichen Regionen einbeziehen sowie Messreihen mit hoher zeitlicher Auflösung.
Studie im Fachjournal veröffentlicht
Lukas Ditzel entwickelte die Methodik im Rahmen seiner Dissertation am Fachgebiet Hydrologie und Stoffhaushalt der Universität Kassel. An der Forschungsarbeit beteiligt waren zudem Dr.-Ing. Caroline Spill sowie Fachgebietsleiter Prof. Dr. Matthias Gassmann.
Die Studie trägt den Titel „Combining traditional nutrient load analysis with storm hydrograph separation reveals concealed patterns in event-driven nutrient export in a rural headwater catchment“. Sie ist im Fachjournal Hydrology and Earth System Sciences frei zugänglich.
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