Gips und die
Grundwasserrichtlinie

1 Einleitung

Die europäische Wasserpolitik verfolgt folgende Ziele:

– Reduzierung des Einflusses menschlicher Aktivitäten auf die Qualität des Frischwassers;

– Wo es erforderlich ist, das Wasser progressiv wieder in einen guten Zustand zu versetzen, der von seinem Verwendungszweck abhängt (Trinkwasser, landwirtschaftliche Bewässerung, Brauchwasser usw.);

– Förderung einer nachhaltigen Verwendung von Wasser.

Die Überwachung und das Berichterstattungswesen müssen bis Dezember 2012 einsatzbereit sein. Die Schwellenwerte für die Überwachung der Grundwasserqualität mussten jedoch von den Mitgliedsstaaten bis zum 22.12. 2008 festgelegt werden.

Sulfat ist ein Parameter, der bei der Festlegung von Schwellenwerten durch die Mitgliedsstaaten der EU berücksichtigt werden muss, wenn es im Grundwasserkörper als Ergebnis menschlicher Aktivitäten vorkommt. Die Konzentration von Sulfat im Grundwasser hängt in hohem Maße von der Beschaffenheit des natürlichen Bodens ab. In Gipsgebieten kann das Grundwasser gesättigt sein (1,45 g/l Sulfat), und in diesem Fall würde der Zusatz von Gips die Sulfatkonzentration nicht ändern.

– Grundwasserwerte von bis zu 2950 mg/l SO₄^2- werden aus Belgien und bis zu 4300 mg/l SO₄^2- aus Frankreich berich­-tet.

– Im südöstlichen Niedersachsen findet man einen Maximalwert von 1455 mg/l SO₄^2-, während in Trinkwasseraufbereitungsanlagen Sulfatkonzentrationen von mehr als 250 mg/l angetroffen werden.

– Aus Thüringen werden Maximalwerte von bis zu 2496 mg/l SO₄^2- (Muschelkalk) sowie ein arithmetisches Mittel von 683 mg/l SO₄^2- (Keuper) berichtet.

2 Europäische Gesetzgebung zum Wasser

Frischwasser wird im Wesentlichen von vier Richtlinien erfasst:

– von der am 23.10.2000 [1] verabschiedeten Wasserrahmenrichtlinie (WFD), die darauf abzielt, einen Rahmen für den Schutz von Oberflächenwasser im Inland, Übergangswasser², Küstengewässern und Grundwasser³ zu schaffen.

und drei sogenannten Tochterrichtlinien:

– der am 12.12.2006 verabschiedeten Grundwasserrichtlinie (GWD) [2],

– der Richtlinie zu Umweltqualitätsnormen (EQS) für Oberflächenwasser, verabschiedet am 16.12.2008 [3] und

– der Trinkwasserrichtlinie (DWD), die 1998 [4] verabschiedet wurde und in Kürze überarbeitet werden wird.  

Die inhaltliche Abhängigkeit der Richtlinien wird in Bild 1 dargestellt. Das Oberflächenwasser speist die Grundwasserkörper, und Trinkwasser (sowie Wasser für andere Verwendungszwecke, einschließlich Brauchwasser) wird entweder vom Oberflächenwasser oder vom Grundwasser entnommen. Deshalb sind die drei Richtlinien (vier mit der Rahmenrichtlinie) eng miteinander verbunden und es müssen alle ihre Parameter berücksichtigt werden.

3 Umsetzung der Grundwasserrichtlinie – Festlegung der Schwellenwerte (TVs) auf nationaler Ebene 

Um den Mitgliedsstaaten bei der Durchsetzung der Grund­wasserrichtlinie zu helfen, hat sich die Kommission entschieden, für die Festlegung der Schwellenwerte einen Leitfaden zu entwickeln. Das erste Dokument war sehr komplex und wurde von den Mitgliedsstaaten nicht vollständig akzeptiert. Daher wurde Ende 2007 eine Interimsversion als Arbeitsgrundlage verabschiedet. So mussten die Schwellenwerte von jedem Mitgliedsstaat bis zum 22.12. 2008 festgelegt und im ­River Basin Management Plan (Management Plan zum Wassereinzugsgebiet) veröffentlicht werden.

Wesentliche Elemente des Leitfadens:

– Mit Hilfe der Schwellenwerte ist ein guter Wasserzustand zu definieren und, wenn erforderlich, wiederherzustellen. Die Konzentration von Stoffen oder Indikatorenwerte werden an unterschiedlichen Überwachungsstellen im Grundwasserkörper bewertet. Danach werden entsprechend dem Zustand des Wassers und der Art und Weise, wie der Grundwasserkörper gespeist wird, Grenzwerte für Quellen festgelegt, z. B. eine Anlage.

– Die Schwellenwerte sollten im geeignetsten Maßstab festgelegt werden: national, im Wassereinzugsgebiet oder im Grundwasserkörper.

Es ist ganz wichtig, dass die Schwellenwerte (threshold values, TVs) nicht unterhalb der Hintergrundwerte (BL)⁴ festgelegt werden. Das Verfahren läuft wie folgt ab (für jede Substanz bzw. jeden Indikator, die ein Risiko für das Grundwasser darstellen könnten):

– Beurteilung des Hintergrundwerts (background level, BL)

– Festlegung des Kriterienwerts (CV). Dieser Wert könnte als ein optimaler Wert definiert werden, unter Berücksichtigung

• des Eintrags: Eindringen von Oberflächenwasser

• der Entnahme: Verwendung von Grundwasser: Trinkwasser, für landwirtschaftliche Zwecke, Brauchwasser u.  a.

– Festlegen der Schwellenwerte (TV):

• wenn CV ≤ BL, dann TV = BL

• wenn CV > BL, dann BL < TV ≤ CV

– Entsprechend dem angestrebten Schwellenwert und dem tatsächlichen Zustand des Grundwassers werden für die betroffenen Quellen Grenzwerte festgelegt mit Stoffen oder Parametern, die für das Grundwasser ein Risiko darstellen. Diese werden in Genehmigungen, allgemein verbindliche Bestimmungen oder Ausführungsvorschriften eingebunden.

Obwohl die Grundwasserrichtlinie nur eine begrenzte Anzahl von Stoffen und Parametern erfasst, sollten für jeden Stoff bzw. jeden Parameter, die ein Risiko für das Grundwasser darstellen, Schwellenwerte festgelegt werden. Bei der Festlegung von Schwellenwerten können Mitgliedsstaaten in Übereinstimmung mit nationalen Strategien und bestehenden Vorschriften auch strengere Maßstäbe als der Leitfaden anlegen. Mitgliedsstaaten können einen Schwellenwert von der Liste streichen, wenn der Grundwasserkörper nicht mehr gefährdet ist.

Der endgültige Text des praktischen Leitfadens und der technischen Spezifikationen für die Festlegung von Schwellenwerten für den chemischen Zustand und die Trendbeurteilung wurde im November 2008 von den Wasserdirektoren offiziell bestätigt und enthält die o.  a. Elemente.

4 Gips- und Grundwasserrichtlinie

Innerhalb des o.  a. Kontexts entwickelte Eurogypsum eine Fallstudie, die in den Anhängen des Leitfadens zum Zustand und zu Trends beim Grundwasser enthalten ist. Die Fallstudie wurde auf der Grundlage eines Gutachtens des ­Ingenieurbüros ­Völker vom Dezember 2006 entwickelt, in dem die geologischen ­Auswirkungen von Grund- und Oberflächenwasser mit Sulfaten in Gipslagerstätten auf Hintergrundwerte analysiert werden [5].

5 Beschreibung der Fallstudie

5.1 Kenndaten von sulfatreichem fließenden Grundwasser auf Grund von geologischen Auswirkungen

Der Kontakt von Wasser mit Gipslagerstätten führt zu hohen Sulfatkonzentrationen. Werte von mehr als 500 mg/l sind Anzeichen für einen direkten Kontakt des Wassers mit dem anstehenden Gipsgestein im Boden. Weil der Sulfatgehalt durch Calciumsulfat (Gips) verursacht wird, können auch höhere Werte der Wasserhärte festgestellt werden.

Die Leitfähigkeit ist ein weiterer hilfreicher Indikator bei Außenmessungen, um zwischen Grundwasserleitern mit oder ohne Gipskontakt zu unterscheiden. In diesem Fall muss der Einfluss anderer Wasserbestandteile, besonders Chlorid, auf die Leitfähigkeit berücksichtigt werden. Die Leitfähigkeit ist jedoch ein guter Indikator, wenn Chlorid und andere Einflüsse in dem zu untersuchenden Gebiet als nicht relevant eingeschätzt werden. In den Gebieten mit bekannten Gipslagerstätten unterscheidet der Autor zwischen karstartigen Seen, die von Niederschlagswasser infiltriert sind, und anderen, die mit dem anstehenden Sulfatgestein in Berührung kommen. Typische Werte für die Leitfähigkeit, Sulfat und Wasserhärte in einer Gipskarstregion mit einer Größe von 0,6 km²  sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Im gleichen Gebiet der Gipslagerstätte kommt jedoch auch Wasser vor ohne Kontakt zu dem anstehenden Gipsgestein. Das ist deutlich feststellbar durch die Messung der Indikatoren Sulfat and Leitfähigkeit (Tabelle 2).

5.2 Einfluss auf das Oberflächenwasser

Der Abfluss aus dem Karstgebiet in einen Wasserlauf beeinflusst über weite Strecken folgende Grundwasserleiter. Die Qualität des Wassers selbst ist aus natürlicher und ökologischer Sicht hochwertig. Bis zu dieser Studie wurde niemals ein Sulfatgehalt gemessen. Der Wasserlauf kommt aus einem Buntsandsteingebiet und weist in einer Strecke von einigen Kilometern in einem Tal nur geringfügige Sulfatwerte auf (1962 mg/l, gemessen vom 26.04.2002 bis 20.03.2004). Diese Situation ändert sich grundlegend, wenn ein Kontakt mit einem Wasserlauf von einem Karstgipsgebiet zustande kommt. Der sulfatfreie Wasserlauf verändert sich plötzlich zu einem sulfatreichen Wasser. Die Messungen an der Messstelle 44 schwanken zwischen 91 mg/l und 472 mg/l Sulfat.

Die Bedeutung des Karstgebiets nimmt speziell im Sommer bei hohen Temperaturen zu, wenn die ursprüngliche Quellenaktivität auf einen niedrigen Wert zurückgeht. Das aufgelöste Sulfat wird über mehrere Kilometer zu einem gipsfreien Gebiet transportiert und kann noch in einem Abstand von 10 km von der geologischen Quelle deutlich nachgewiesen werden. Alle gemessenen Sulfatkonzentrationen werden nur durch eine natürliche Hintergrundsituation ohne Verschmutzungseffekte verursacht. In all den o.a. Fällen kann der Einfluss menschlicher Aktivitäten ausgeschlossen werden. Die Schwankungen in der Sulfatkonzentration können durch eine Verdünnung des Grundwassers oder Oberflächenwassers durch jahreszeitliche Regeninfiltration erklärt werden.

5.3 Einfluss auf stehende Grundwasserleiter

Grundwasserleiter, die mit Gips oder anderen Böden (in diesem Beispiel körniger Boden) in Berührung kommen, weisen eigentlich eine völlige Sulfatsättigung auf. Wenn jedoch Grundwasser durch einsickerndes Regenwasser gebildet wird, kann eine kurzzeitige Verdünnung der Konzentration gemessen werden. Eine höhere Fluktuation ist nicht relevant, da Gips sich schnell auflöst. Bild 2 zeigt einen Überblick der Lösung von bergfeuchtem Gips in einem Wasserlauf.     

6 Erfahrungen – Schlussfolgerungen – Empfehlungen

Nicht verschmutztes Wasser hat normalerweise eine Konzentration von weniger als 50 mg/l Sulfat. In Gipskarstgebieten wird diese Konzentration jedoch oft überschritten. Die Sulfatkonzentration in diesem Gebieten kann normalerweise in einem Bereich zwischen 500 mg/l und 1400 mg/l nachgewiesen werden. Diese Sulfatkonzentrationen resultieren aus der Auflösung von Naturgips. In diesen Gebieten wird kein saures Wasser gebildet, und es gibt keine ökologischen Schäden, wofür sulfatsaures Wasser bekannt ist. In den Gipskarstgebieten ist der pH-Wert des Wassers leicht alkalisch (pH 7,2). Das geologische Hintergrundsulfat hat keine toxischen Auswirkungen auf die Umwelt. Das Auflösen von Sulfat aus Gipslagerstätten ist ein hydrogeologischer Effekt, der durch keine Maßnahme gestoppt werden kann.

Es wird daher empfohlen, dass, wenn nachgewiesen wird, dass das Sulfat nur natürlichen Ursprungs ist und kein anthropogener Eintrag stattfindet, die Mitgliedsstaaten keine Schwellenwerte für Sulfat festlegen müssen. Wenn das Sulfat zweierlei Ursprungs ist (natürlich und anthropogen), bleibt die Festlegung eines Schwellenwerts obligatorisch, solange es ein ­Risiko für den guten Zustand des Wassers darstellt. In diesem Fall könnte eine Untersuchung zu den Kationen (Bsp. Cu⁺⁺) zu einem besseren Verständnis führen.

Es ist eine minimale Forderung, dass zusätzlich zum Sulfat Chlorid (zum Nachweis des Eindringens von Meerwasser) und der pH (zum Nachweis der Sulfidoxidation aus Pyrit) nachgewiesen werden müssen. Es könnte auch weiterhin empfohlen werden, dass in Ländern mit Gipslagerstätten oder anderen ­gipshaltigen Gesteinsfolgen Schwellenwerte für das Grundwasser nur auf lokaler Ebene und in Kenntnis aller menschlichen Aktivitäten festgelegt werden.