A-2.1.2.7 Überwachung durch wiederholte Messungen (Monitoring)
Stoffgehalte in den verschiedenen Umweltmedien (Wasser, Boden, Luft, siehe unten) können sich im Laufe der Zeit verändern, mit oder ohne menschliche Einflussnahme. Auch Druckpotenziale und damit das Strömungsverhalten beweglicher Medien sind veränderlich.
Zur Untersuchung von zeitlichen Veränderungen sind wiederholte Messungen, Beobachtungen und/oder Probenahmen erforderlich. Deren Häufigkeit und Dauer hängen von der jeweiligen Aufgabenstellung und der erforderlichen Aussagesicherheit ab und müssen für den Einzelfall geplant und begründet und ggf.an Veränderungen angepasst werden.
Zu unterscheiden ist zwischen zyklischen Veränderungen, wie sie z. B. durch Gezeiteneinfluss oder jahreszeitlich bedingte Schwankungen im Wasserhaushalt auftreten, und Trends, die durch geänderte Bedingungen oder kurzfristige Ereignisse ausgelöst werden. Sind die Mechanismen zyklischer Veränderungen einmal bekannt, kann der Monitoringaufwand in der Regel auf gezielte Stichproben zur Beweissicherung begrenzt werden. Der erforderliche Aufwand bei der Beobachtung von Trends hängt vor allem von der Dynamik der beteiligten Prozesse ab und ist nach dem im Einzelfall vorhandenen Informationsbedarf festzulegen und iterativ anzupassen.
Voraussetzung für die Planung eines erfolgreichen Monitorings ist ein hinreichend umfassendes Standort- und Prozessverständnis sowie die Berücksichtigung gegebener Randbedingungen. Je nach Situation und Aufgabenstellung sind die folgenden, für den Einzelfall maßgeblichen, beispielhaft aufgezählten Fragen zu beantworten:
- Welche Stoffe und Reaktionen sind maßgeblich beteiligt?
- Welche Stoffmengen sind zu betrachten und wie ist deren räumliche Verteilung?
- Wo und wie bewegen sich strömende Medien? Sind Schwankungen bei Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung zu erwarten?
- Welche Bereiche des Untergrunds erfassen die jeweiligen Messstellen? Wie ist der Ausbau? Wie ist die Probenahme darauf auszurichten (z. B. Einhängetiefe Pumpe, Volumenstrom, Menge des vor der Probenahme abzupumpenden Wassers (hydraulisches Kriterium))
- Woher stammen die untersuchten z. B. Grundwasserproben bezogen auf den gesamten zu betrachtenden Grundwasserstrom? Werden einzelne Abschnitte unterschiedlich durchströmt?
- Wie schnell können sich Stoffgehalte räumlich und zeitlich ändern, wo und wie oft muss also beobachtet werden? Gibt es z. B. jahreszeitliche oder andere Schwankungen im Wasserhaushalt, die sich auf die Grundwasserqualität auswirken?
- Was sind mögliche Ursachen für Veränderungen?
- Ist mit kleinräumig unterschiedlichen Sickerwasser- bzw. Grundwasserneubildungsraten zu rechnen und sind diese im Jahresverlauf konstant?
- Wo sind kapillare Bewegungen möglicherweise von Relevanz?
- Ist mit nichtwässrigen Flüssigkeiten zu rechnen, die sich verlagern können oder die die Wasser- und Bodenluftbewegungen beeinflussen können?
- Welche Einflüsse haben die Einrichtung neuer Messstellen und der Probenahmevorgang?
- Wie lange soll das Monitoring laufen? Welches sind Abbruchkriterien und wer legt sie fest?
- Gibt es externe Einflüsse die sich ggf. ändern können (Wasserentnahmen, Wasserhaltungen, Immissionen usw.) und die abzufragen bzw. zu erfassen wären?
- Gibt es wasserrechtliche Erlaubnisse, die durch Probenahmen oder Pumpversuche beeinträchtigt werden könnten?
- Wo kann abgepumptes Wasser bei der Probenahme und bei Pumpversuchen eingeleitet werden?
- Sind Aspekte des Nachbarschafts- und Naturschutzes (z. B. Brut- und Setzzeit) zu berücksichtigen?
Teilaspekte dieser Fragen werden erst durch Beobachtungen während des Monitorings beantwortet werden können. Es ist aber wichtig, die Fragen schon bei der Planung des Monitorings zu stellen und ihre Beantwortung in dem für die jeweilige Aufgabenstellung erforderlichen Umfang durch geeignete Maßnahmen sicherzustellen.
Daher ist ein Monitoring mindestens so sorgfältig zu planen wie eine einzelne Messung oder Probenahme und ggf. iterativ anzupassen. Dabei muss die Aufgabenstellung im Vordergrund stehen, und auch die Auswertung und die maßgeblichen Beurteilungsmaßstäbe sind vorab festzulegen. Alle erfassten Messwerte sind in die Auswertung einzubeziehen und mögliche Ursachen für Messwertabweichungen kritisch zu beurteilen, z.B.
- Verschleppungen zwischen Messstellen,
- Veränderungen der Messstelleneigenschaften (zunehmende Verockerung/Versandung),
- wechselnde Probenahmedetails (z. B. Unterschiedliche Einhängtiefen, Pumpraten, Förderzeiten/-volumen),
- Wechsel der Bearbeiter oder des Labors.
Kriterien für eine Anpassung eines Monitoring-Programms und für dessen Laufzeit sind frühzeitig zu vereinbaren. Wenn auf der Basis der Ergebnisse eines Monitorings keine Entscheidungen getroffen werden, ist das Monitoring als Entscheidungsgrundlage verzichtbar.
Maßgeblich für die Auswertung ist die Betrachtung analysierter Einzelsubstanzen. Die alleinige Betrachtung von aufsummierten Parametern (z. B. BTEX, LCKW, PAK, PFC) ist beim Monitoring fachlich nicht akzeptabel, da dadurch wichtige Informationen vernachlässigt und u. U. Trends verschleiert werden (siehe auch Anhang A-2.1.2.9). Nicht nur die Gehalte, auch die Mengenverhältnisse einzelner Substanzen einer Stoffgruppe untereinander (Stoffspektrum) sind bei einem Monitoring in der Regel auszuwerten und darzustellen.
Bei grafischen Darstellungen ist deutlich zu machen, ob die einzelnen Ergebnisse nur nebeneinander gestellt werden oder ob sie mit einer linearen Zeitachse dargestellt werden.
In der Regel sind mindestens fünf Beobachtungen in geeigneten Zeitabständen erforderlich, bevor eine Aussage über zeitliche Veränderungen getroffen werden sollte.
Grundwasser-Monitoring
Für ein Grundwasser-Monitoring sind Qualitätsmessstellen erforderlich. Rammfilterbrunnen sind vor allem hinsichtlich ihrer hydraulischen Position im Grundwasserleiter nicht hinreichend bestimmbar und können keine reproduzierbaren Bedingungen für die Probenahme sicherstellen. Sie sind für ein Grundwasser-Monitoring grundsätzlich nicht zulässig.
Generell empfiehlt es sich, bei einem Grundwasser-Monitoring nicht nur die jeweils relevanten Schadstoffe zu beobachten. Unverzichtbar ist bei jeder Wasserprobenahme die Beobachtung der Parameter Sauerstoff, elektrische Leitfähigkeit, Temperatur, pH-Wert und Redoxspannung vor Ort. Bereits dadurch lassen sich u. U. Hinweise auf geänderte Abstrombedingungen oder Verdünnung erkennen. Auch die Analyse der Haupt-Anionen und -Kationen (Ionenverhältnisse oder komplette Ionenbilanz) kann wichtige Erkenntnisse liefern, die im Einzelfall erst eine Interpretation der gemessenen Schadstoffgehalte möglich machen.
Beim Abpumpen von Grundwasser vor wiederholten Probenahmen oder bei Pumpversuchen können erhebliche Mengen (auch kontaminierten) Grundwassers anfallen. Einleitgenehmigungen sind rechtzeitig zu klären.
Bei entsprechenden Aufgabenstellungen sind Gegenüberstellungen von Messwerten (Gehalte, aber auch Verhältnisse von Einzelsubstanzen) und ebenfalls zeitlich veränderlichen Randbedingungen (Wasserstände, vor Ort gemessene Parameter, Probenahmedetails usw.) ergänzend auszuwerten.
Im Infoblatt AH BoGwS aktuell, Ausgabe 16/2014 wird ein kurzer Überblick zum Grundwasser-Monitoring mit beispielhaften Erläuterungen gegeben (Bezug über www.leitstelle-des-bundes.de).
Bodenluft-/Deponiegas-Monitoring
Für die Beobachtung gas- oder dampfförmiger Stoffe sind in der Regel dauerhaft eingerichtete Messstellen oder andere Einrichtungen zur Erfassung von Ausgasungen erforderlich. Die Bedingungen bei mobilen Sonden sind meist nicht hinreichend reproduzierbar.
Zusätzlich zu analytischen Messungen ist besonders auf die atmosphärischen Bedingungen (Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Niederschläge usw. sowie deren Veränderungen im Vorfeld der Beobachtungen) zu achten, die die Ergebnisse von Probenahmen und Messungen beeinflussen können. Der erforderliche Mess- und Dokumentationsumfang ist im Einzelfall festzulegen.
Boden-Monitoring
Wiederholte Beobachtungen der Bodenqualität im Rahmen eines Monitorings spielen bisher bei der Bearbeitung von KF keine Rolle.
Die Bundesländer betreiben ein Netz von Boden-Dauerbeobachtungsflächen zur Umweltüberwachung auf landwirtschaftlich und forstlich genutzten Böden. Das Umweltbundesamt führt die Daten in einem Fachinformationssystem zusammen und hat die Möglichkeit, länderübergreifende Auswertungen durchzuführen (siehe https://www.umweltbundesamt.de)). Methodische Anleitungen enthält DIN EN ISO 16133:2019-07 Bodenbeschaffenheit - Leitfaden zur Einrichtung und zum Betrieb von Beobachtungsprogrammen.
LABO (2017): Hintergrundwerte für anorganische und organische Stoffe in Böden - 4. überarbeitete und ergänzte Auflage (https://www.labo-deutschland.de/documents/LABO_Fassung_HGW_Bericht_02_2017.pdf"; Zugriff: 2023-03-08), dort auch Hinweise auf Forschungsprojekte des UBA.
Als Beispiele für Bundesländer-spezifische Informationsseiten seien genannt (Zugriff: 2023-03-08):
https://www.lfu.bayern.de/boden/hintergrundwerte/index.htm
https://www.lanuv.nrw.de/fileadmin/lanuv/boden/bodenschutz/HGW_Internet_2003-3.pdf