Verfahren zur Regionalisierung der Nitratkonzentration im Grundwasser - Supplement

Abstract

In der "Allgemeinen Verwaltungsvorschrift zur Ausweisung der mit Nitrat belasteten und eutrophierten Gebiete“ (AVV GeA) sind für die immissionsbasierte Abgrenzung der Nitrat belasteten Gebiete geostatistische und deterministische Regionalisierungsverfahren vorgesehen. Die Leistungsfähigkeit bzw. die Unsicherheit der Verfahren Inverse Distanzgewichtung (IDW), Ordinary Kriging (OK) und Voronoi-Polygone (VP) im Hinblick auf diese Aufgabe sind bislang nicht untersucht worden. Für diese Verfahren werden daher vier Aspekte der Interpolation der Nitratkonzentration im Grundwasser analysiert: (1) Einfluss der Verfahrensparameter auf die Regionalisierung, (2) räumliche Autokorrelation der Nitratkonzentrationen zwischen den Messstellen, (3) Prognosegüte der Verfahren sowie (4) Unterschiede der geschätzten Verteilung der Nitratkonzentrationen im Grundwasser bei flächendeckender Regionalisierung. Bei der ersten Untersuchung wurde eine extern modellierte Karte der Nitratkonzentration im Grundwasser in Bayern als Referenzverteilung verwendet, die anderen Auswertungen basieren auf einem Datensatz von 5.790 Grundwassermessstellen in Bayern. Die Analyse der räumlichen Korrelation zeigt, dass ab einer Reichweite von etwa 0,7 km kein Zusammenhang der Nitratwerte zwischen Messstellen besteht. Bei Kreuzvalidierung der 5.790 Messstellen mit den drei Verfahren tritt ein mittlerer absoluter Fehler zwischen gemessenen und interpolierten Konzentrationen von rund 7 bis 8 mg NO3/l auf, die relative Unsicherheit der Verfahren beträgt rund 43 % bis 49 %. Oberhalb des Grenzwerts der EG-Nitratrichtlinie und der europäischen Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL) von 50 mg NO3/l wird die Konzentration im Mittel um 28 bis 29 mg NO3/l zu niedrig interpoliert; die Anzahl der Messstellen > 50 mg NO3/l wird um rund 44 % (IDW), 56 % (OK) bzw. 20 % (VP) unterschätzt. Bei einer landesweiten Interpolation in Bayern mit den drei Verfahren werden zwischen rund 3 % und 10 % Flächenanteil mit einer Konzentration von über 50 mg NO3/l ausgewiesen. Aus Sicht der Autoren sind die untersuchten Verfahren für eine problemadäquate Abgrenzung der mit Nitrat belasteten Gebieten nicht geeignet.