EU-Wasserrahmenrichtlinie und Messdaten

Kompletter Film statt Schnappschuss

Kontinuierlich und automatisch arbeitende Messeinrichtungen sieht die Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) im Gewässermonitoring nicht explizit vor. Allerdings fordert sie alle erforderlichen Maßnahmen, um Schadstofffreisetzungen auch mit Hilfe von Frühwarnsystemen zu verhindern. Auch im WRRL-Gewässergütemonitoring können automatisierte Messnetze nachhaltig unterstützen. Das Beispiel Hamburg zeigt, wie solche Lösungen aussehen können.

© Jim Barber/Shutterstock.com

Bei chemischen Parametern erfolgt die Zustandsüberwachung der Wasserphase von Oberflächengewässern nach Wasserrahmenrichtlinie bzw. Oberflächengewässerverordnung (OGewV) auf der Basis von monatlichen oder vierteljährlichen Wasserschöpfproben. Diese werden dann im Labor auf die gesetzlich geregelten Stoffe untersucht. Bewertet wird der Zustand des Wasserkörpers anschließend durch Vergleich der Jahresmittelwerte mit der Jahresdurchschnittsumweltqualitätsnorm (JD-UQN). Bei einigen Stoffen erfolgt zusätzlich ein Vergleich von Einzeldaten mit der zulässigen Höchstkonzentration (ZHK-UQN). Bei Überschreitung von Umweltqualitätsnormen (UQN) müssen dann Maßnahmen ergriffen werden, um den guten Zustand des jeweiligen Gewässers zu erreichen.

Kontinuierliches Messen

Oft sind bei einer festgestellten UQN-Überschreitung die Quelle oder die kausalen Zusammenhänge für das Auftreten der Verunreinigung unbekannt. In diesen Fällen liefern die relativ wenigen gleichmäßig über das Jahr aufgenommenen Analyse-„Schnappschüsse“ der regulären WRRL-Überwachung keine hinreichend dichten Informationen, um die Ursachen zu ermitteln und die darauf aufsetzenden Maßnahmen planen und umsetzen zu können. Hier bedarf es oft der Kenntnis von lückenlosen Zeit-Konzentrations-Verläufen.

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Das Wassergütemessnetz in Hamburg speichert die Vielzahl der Messwerte zunächst in Stationsrechnern und leitet sie von dort über eine LTE-Funkverbindung an die zentrale Datenbank weiter. © Blomesystem GmbH

Derzeit, aber auch in absehbarer Zukunft wird es technisch nicht möglich sein, wasserkörperscharf sämtliche geregelten Messparameter kontinuierlich zu überwachen. Damit können solche Systeme kurzfristig das reguläre Stichproben-WRRL-Monitoring nicht ersetzen. Es ist aber möglich, über ein sinnvoll verteiltes Netz automatischer Messstationen anhand von Indikatorparametern das Eintragsgeschehen zusammenhängender Wasserkörper großflächig zu beobachten und zu dokumentieren – und zwar so, dass diskontinuierliche Einleitungen und unerwartete Verschmutzungen identifizierbar werden. In Kombination mit automatisierten Alarm-Algorithmen ermöglicht dies nicht nur eine effiziente Frühwarnung. Auch bei der nachträglichen Aufklärung und Beurteilung von UQN-Überschreitungen ist ein solches Vorgehen ungemein hilfreich. In Ergänzung bieten sich mobile automatische Messstationen an, die im Rahmen des investigativen Monitorings zu Ermittlungszwecken gezielt eingesetzt werden können.

Indikatoren statt einzelner Schadstoffe

Das Hamburger Wassergütemessnetz (siehe Infokasten) arbeitet mit einigen chemisch-physikalischen Werten, die sich sehr gut als Indikatoren eignen, ergänzt um biologische Wirkungstests. Das darauf aufbauende Frühwarnsystem besteht einerseits aus einem Algentoximeter, bei dem die Photosyntheseleistung der Algen überwacht wird, und andererseits aus einem Daphnientoximeter. Hier erfolgt die Überwachung des Verhaltens von Wasserflöhen (Daphnien) per Kamera und digitaler Bildauswertung. Hinzu kommen Messgrößen wie die Sauerstoffkonzentration im Wasser. Aber auch aufwändigere Messsysteme wie Nährstoffmonitore sind in einigen Messstationen im Einsatz.

Hamburg verfügt bereits seit 1988 über ein biologisches Frühwarnsystem, das in mehreren Schritten gerade auch technologisch weiter aufgerüstet wurde: Immer mehr in den Vordergrund rückte zum Beispiel die grafische Umsetzung der jeweiligen Messergebnisse – für eine bessere Kommunikation zwischen Amt und Öffentlichkeit sowie den Verantwortungsträgern im Hamburger Senat. Basis dafür ist heute die Software-Lösung „ENMO®hydro“ der GUS Group-Tochter Blomesystem. Das Softwaresystem bildet alle Workflows für die Arbeiten im Messnetz ab, wertet die Daten aus, exportiert sie und stellt sie den Wünschen der Anwender folgend tabellarisch oder grafisch dar.

Im Bedarfsfall löst Enmohydro Automatismen aus: Besonders exponierte Stationen im Hamburger Messnetz sind mit einem biologischen Frühwarnsystem ausgestattet, das toxische Wasserinhaltsstoffe aufspüren kann. Sollte sich eine der Gewässerproben als auffällig erweisen, löst das System selbsttätig die Ereignisprobe aus, um sie dann einer detaillierten Laboranalytik zu überantworten. Jeder Schritt wird zudem protokolliert und dokumentiert, so dass sich mithilfe der Daten auch alle Berichtspflichten erfüllen lassen – ob für die EU-Wasserrahmenrichtlinie oder im Zweifelsfall auch als Beweismittel vor Gericht.

15 Millionen Messwerte pro Jahr

Kristin Schumann ist Geschäftsführerin der Blomesystem GmbH. © Blomesystem GmbH

Da die Abläufe dank der Software weitgehend automatisiert ablaufen, sind die Hamburger Wasserprüfer in der Lage, nicht nur 15 Millionen Messwerte im Jahr zu erheben, sondern diese auch weiterverarbeiten und die Ergebnisse exportieren zu können. So entsteht sozusagen ein kontinuierlicher Film, bei dem sich alle Einzelmessungen zurückverfolgen, auswerten und zu aussagefähigen Schlussfolgerungen verdichten lassen.

Werner Blohm ist Referatsleiter Wassergütemessnetz beim Institut für Hygiene und Umwelt in Hamburg. © Senat der Freien und Hansestadt Hamburg - Personalamt

Mittlerweile ist das für staatliche Oberflächengewässer-Monitoring zuständige Hamburger Institut für Hygiene und Umwelt in der Lage, auch die Wartung und Qualitätssicherung aller Messstationen softwaregestützt und damit teilautomatisiert zu steuern. Ob die angelieferten Daten überhaupt korrekt sind, Sensoren zum Beispiel neu kalibriert, gereinigt oder ausgetauscht werden müssen: Um solche Fragen zu klären, müssen die Hamburger nicht jedes Mal zu den einzelnen Messstationen rausfahren und diese manuell überprüfen. Nur wenn die Software-Lösung auf (potenziell) fehlerhafte Messungen hinweist, muss sich der Wartungsdienst auf den Weg in die jeweilige Messstelle machen.

AUTOREN
Kristin Schumann
Blomesystem GmbH, Gera

Werner Blohm
Institut für Hygiene und Umwelt, Hamburg

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