7. Hydrochemische Verhältnisse
7.1 Hydrochemischer Kenntnisstand
Die hydrochemischen Parameter des Sees und des Grundwassers im An- und Abstrom des Barleber Tagebaus werden bereits seit 1997 (mit Unterbrechungen) erfasst. Seit dem Jahr 2000 erfolgt eine jährliche Untersuchung der hydrochem. Parameter. Der erste Beobach-tungszeitraum erstreckte sich bis Ende 2006. Das zweite Untersuchungsprogramm lief von 2007 bis 2014 und das aktuelle Monitoringprogramm läuft von 2015 bis 2022.
Hydrodynamische Einordnung der Probenahmepunkte
Nach der hydrodynamischen Situation liegen die Grundwassermessstellen P 1/97 und P 4/97 im Anstrom und P 2/97 und P 3/97 im Abstrom des Adamsees. Hinsichtlich des ge-planten Abbaufeldes „Großer Anger“ repräsentieren P 2/97 und P 3/97 den Grundwasseran-strom. Die Wasserfläche des Adamsees nimmt wesentliche Teile des Anstromgebietes ein.
Im Februar 2015 wurde durch die IHU ein „Bericht zur langjährigen Entwicklung der hydr o-chemischen Verhältnisse im Bereich der Kiessandtagebaue Barleben, Barby, Barby-Süd und Tornitz“ erstellt, welcher als Grundlage für die hydrochem. Bewertung genutzt wird.
Vor-Ort-Parameter:
In der Tabelle 4 sind die Vor-Ort-Parameter elektrische Leitfähigkeit, pH-Wert, Sauer-stoffgehalt und Redoxspannung für den Zeitraum von 1997 bis 2015 aufgeführt, wobei für die Untersuchungszeiträume bis 2006, 2007 - 2014 und 2015 jeweils ein Mittelwert gebildet wurde.
Die elektrischen Leitfähigkeiten im Tagebau Barleben schwanken seit Untersuchungsbe-ginn zwischen 1.100 und 2.500 µS/cm. Im Mittel lagen die Leitfähigkeiten in dem Untersu-chungszeitraum bis 2006 mit 1.820 µS/cm (Abstrom) und ca. 1.982 µS/cm (Anstrom) etwas höher als im Untersuchungszeitraum von 2007 – 2014, wo sich Mittelwerte von 1.625 µS/cm (Abstrom) bzw. 1.822 µS/cm (Anstrom) einstellten. Die Messwerte in dem See bewegen sich jeweils dazwischen. Die insgesamt hohen elektrischen Leitfähigkeiten werden durch die ge-ogen bedingte, hohe Mineralisierung des Grundwassers (Calcium, Magnesium, Sulfat und Chlorid) verursacht. Die leichte Reduzierung der elektr. Leitfähigkeit von Anstrom in Richtung Abstrom ist auf die Belüftung im See (Ausgasung von CO2) zurückzuführen, wodurch Calci-umcarbonate ausgefällt werden. Als Ursachen für die erhöhte Mineralisation gelten:
Tiefenwassereinflüsse
Talauen fungieren als Entlastungsgebiete für tiefe mineralreiche Grundwässer. Da das Untersuchungsgebiet südlich der Verbreitungsgrenze der Zechsteinsalze liegt (Haldensleber Abbruch), fehlen im Untersuchungsgebiet Versalzungen durch chlori-dische Tiefenwässer. Erhöhte Sulfatgehalte, häufig über dem Grenzwert der TrinkwV, sind dagegen südlich des Haldensleber Abbruchs typisch und können mit dem präzechsteinzeitlichen Grundgebirge in Zusammenhang stehen.
Zufuhr durch Lösungen aus dem Deckgebirge
Löß- und Geschiebemergelbedeckung führen im oberflächennahen Grundwasserlei-ter vor allem zu einem Anstieg der Gehalte an Ca2+ und SO42- durch Lösung von Karbonaten und Sulfaten.
anthropogene Einflüsse
Landwirtschaftliche Intensivnutzung ist bei fehlender bzw. ungenügender Bedeckung des GWL durch bindige, weitgehend undurchlässige Schichten mit einem Mineralisa-tionsanstieg im Grundwasser verbunden (u. a. Düngemittelsalze). Gleiches trifft auf den Grundwasserabstrom aus Ortslagen und Verkehrsflächen (Streusalze) sowie bei einzelnen Altlastenstandorten (Altdeponien, wilde Müllkippen) zu.
Der pH-Wert des Grundwassers schwankt in einem Bereich von 6,2 (leicht sauer) bis 8,3 (leicht basisch). In den Seen wurden schon Werte von ca. 9 gemessen. Die Mittelwerte von An- und Abstrom liegen in einem neutralen bis leicht basischen Bereich von 7,09 bis 7,78.
Ein wesentlicher Unterschied zwischen An- und Abstrombereich zeichnet sich bei dem pH-Wert nicht ab. In den Seen liegt der mittlere pH-pH-Wert hingegen bei ca. 8 bis 8,1 (leicht ba-sisch), was mit der Belüftung und somit Fällung von Calciumcarbonaten begründet werden kann.
Die Sauerstoffgehalte im Grundwasser liegen im Durchschnitt bei ca. 4,3 mg/l (bis 2006) bzw. 2,3 mg/l (2007 – 2014). Die einzelnen Messwerte schwanken jedoch zwischen knapp größer Null und ca. 9 mg/l. In den beiden Seen bzw. Teilflächen herrschen signifikant höhere Sauerstoffgehalte (ca. 9 bis 11 mg/l) vor, was auf die intensive Belüftung in den Oberflä-chenwässern zurückzuführen ist.
Die mittleren Redoxspannungen bewegen sich zwischen 163 mV und 329 mV, wobei die Redoxspannungen in den Seen grundsätzlich etwas höher sind als im Grundwasser. Ein Trend ist bei der Entwicklung der Redoxspannungen nicht erkennbar.
An- und Kationen:
Im Rahmen der Messkampagne wurde das Grund- und Seewasser auf die Parameter Eisen, Mangan, Sulfat, Natrium, Chlorid, Calcium und Magnesium hin untersucht (siehe Tabel-le 5).
Im Untersuchungszeitraum bis 2006 lag der Eisengehalt im Anstrombereich bei durch-schnittlich 1,66 mg/l (siehe Tabelle 5). Der Mittelwert für den Beobachtungszeitraum 2007 – 2014 war mit 0,17 mg/l Eisen deutlich geringer. Bisher konnte nur in dem nördlichen See einmal Eisen mit einer Konzentration von 0,15 mg/l nachgewiesen werden. Im Abstrombe-reich liegt der mittlere Eisengehalt über den gesamten Beobachtungszeitraum bei ca. 1,85 mg/l.
Die mittleren Mangangehalte sind im Anstrom leicht von 0,37 mg/l (bis 2006) auf 0,21 mg/l (2007 – 2014) gesunken. In den Tagebauseen ist der Mangangehalt im Durchschnitt deutlich geringer als im Anstrom, wobei im nördlichen Seeabschnitt die Mangangehalte mit 0,1 und
0,19 mg/l höher als im südlichen Abschnitt sind. Im Abstrom erhöhen sich die Mangangehal-te gegenüber dem Anstrom leicht.
Die geringeren Eisen- und Mangangehalte in den Seen sind auf die Reaktion mit Sauerstoff und die anschließende Ausfällung der beiden Stoffe zurückzuführen. Die Eisen- und Man-gangehalte sind geogen bedingt.
Das Grundwasser in dem Untersuchten Bereich weist eine sehr hohe Sulfatkonzentration auf, welche teils geogen und teils anthropogen (landwirtschaftlicher Dünger) bedingt ist. Auf-fällig ist, dass die Sulfatkonzentration vom Anstrom in Richtung Abstrom deutlich zunimmt.
Im Anstrombereich wurde eine mittlere Sulfatkonzentration von 648 mg/l (bis 2006) bzw. 422 (2007 – 2014) gemessen, in den Seen liegt die Konzentration bereits bei 757 mg/l bzw. 670 mg/l und in den Abstrommessstellen bei 818 mg/l bzw. 626 mg/l. Allerdings zeigte sich in den letzten Jahren auch ein Rückgang bei der Sulfatkonzentration.
Die Natrium- und Chloridkonzentrationen liegen, abgesehen von einem Ausreißer, im ge-samten Untersuchungszeitraum unterhalb der Grenzwerte (Trinkwasserverordnung) und können daher als unauffällig eingestuft werden. Auffällig hoch sind hingegen die Kaliumwer-te, die im Mittel zwischen 11 mg/l und 35 mg/l liegen und dabei in Grundwasserfließrichtung zunehmen. Die Kaliumkonzentrationen sind erhöht, was auf einen anthropogenen Einfluss, speziell Düngung, schließen lässt.
Die Calcium- und Magnesiumgehalte sind mit durchschnittlichen Werten von 158 mg/l bis 307 mg/l (Calcium) bzw. 34 mg/l bis 75 mg/l (Magnesium) ebenfalls recht hoch, was aber überwiegend geogene Ursachen hat und nur teilweise auf anthropogene Einflüsse, wie den Einsatz von Dünger, zurückzuführen ist. In der aktuellen Fassung der Trinkwasserverord-nung gibt es keinen Grenzwert für die beiden Parameter mehr.
Metalle:
Das Grundwasser im Bereich des Abbaus wurde bisher viermal (1997, 2000, 2001 und 2014) auf die Metalle Aluminium, Blei, Cadmium, Cobalt, Chrom, Kupfer, Nickel und Zink untersucht. Für Arsen und Quecksilber liegen lediglich Werte aus 2014 vor. Für das Seewasser existieren Untersuchungsergebnisse aus den Jahren 2006 (außer für Aluminium und Cobalt) und 2014. Im gesamten Untersuchungszeitraum bewegen sich die Konzentrati-onen der Metalle, mit Ausnahme von Cadmium, welches einmalig 1997 im Grundwasseran- und -abstrom mit bis zu 2,4 mg/l nachgewiesen worden ist, sowohl im Grund- als auch im Seewasser in einem unauffälligen Bereich (unterhalb der Grenzwerte der TrinkwV).
Nährstoffe:
Im Rahmen der Messkampagne wurde das Grund- und Seewasser auf die Parameter Nitrat, Nitrit, Ammonium, org. geb. Stickstoff, Phosphor und Orthophosphat hin beprobt (siehe Tabelle 6).
Die Nitrat- und Nitritgehalte sind insgesamt unauffällig. Bei beiden Soffen liegen die ge-messenen Konzentrationen deutlich unterhalb des Grenzwertes der Trinkwasserverordnung.
Bei Ammonium werden ab 2005 nur noch sehr geringe Werte gemessen, die unterhalb des Grenzwertes der TrinkwV liegen.
Im Tagebau Barleben sind die Gehalte an Gesamtphosphor und Orthophosphat nahezu über den gesamten Untersuchungszeitraum niedrig und können somit als unauffällig einge-stuft werden.
Sonstige:
Die Gesamthärte im Tagebau Barleben ist über den gesamten Untersuchungszeitraum rela-tiv konstant. Die Mittelwerte liegen zwischen 44 °dH und 57 °dH. Im Abstrom ist die Wasser-härte durchschnittlich geringfügig höher als im Anstrom und in den Seen. Das Grund- und Seewasser kann als hart (d.h. Gesamthärte > 14°dH) eingestuft werden.
Kohlenwasserstoffe konnten im Grundwasser bisher nur einmal 1997 in geringer Konzent-ration nachgewiesen werden, ansonsten lagen die Kohlenwasserstoffgehalte unterhalb der Nachweisgrenze. Auch in den Seen konnten bisher noch keine Kohlenwasserstoffe nachge-wiesen werden. Es ist zu beachten, dass der Abbau 1997 noch nicht begonnen hatte und somit kein Zusammenhang zwischen dem Kiesabbau und dem Nachweis von Kohlenwas-serstoffen besteht.
Der AOX-Gehalt (adsorbierbare organische Halogene) umfasst alle löslichen organischen Halogenverbindungen, leicht- und schwerflüchtige, einschließlich der natürlich vorkommen-den. Deshalb wurde für den AOX-Gehalt in der TrinkwV kein Grenzwert festgelegt. Für orga-nische Chlorverbindungen, für die Einzelstoffbestimmungen üblich sind, gilt ein Grenzwert von 10 g/l. Im Kiesabbau Barleben konnten in der Vergangenheit erhöhte Gehalte an ad-sorbierbaren organischen Halogenen (AOX) nachgewiesen werden. Die höchsten Werte mit 92 µg/l bis 144 µg/l traten im Jahr 2013 auf. Im Jahr 2014 waren die AOX-Gehalte mit 11 – 64 µg/l hingegen wieder deutlich geringer. Ein Zusammenhang zwischen dem Kiesabbau und den AOX-Werten lässt sich bis jetzt nicht erkennen.
Die DOC-Gehalte als Summenparameter für den gelösten organischen Kohlenstoff schwankten bis 2006 zwischen den einzelnen Probenahmen erheblich, wie beispielsweise am Pegel P2/97 zwischen 2,4 mg/l (2003) und 11 mg/l (2004). Seit 2007 sind die DOC-Gehalte stabiler und liegen im Mittel etwas niedriger als im Untersuchungszeitraum bis 2006.
Im Zeitraum 2007 bis 2014 liegen die mittleren DOC-Gehalte bei 3,51 mg/l im Anstrom, 5,00 mgl/l in den Tagebauseen und 4,66 mg/l im Abstrom. Nach 2007 wurden nur noch Wer-te von max. 5,81 mg/l festgesWer-tellt.
Während Werte <4 mg/l unauffällig sind, zeigen Einzelwerte, hier bis zu 11 mg/l (P 2/97 im April 2004), eine leichte organische Belastung des Grundwassers an. Auch hier gilt das zu AOX Angeführte, wonach in oberflächennahen Grundwässern in Abhängigkeit von den Nut-zungsbedingungen mit leicht erhöhten DOC-Gehalten ständig bzw. zeitweilig gerechnet wer-den muss, ohne dass eine konkrete Eintragsquelle, z.B. durch Altablagerungen und Altlas-ten, besteht.
Die vollständige Wasseranalytik aller Messstellen über den gesamten Untersuchungszeit-raum ist im Anhang III enthalten.
Tabelle 4 gemittelte Vor-Ort-Parameter im Tagebau Barleben für den Zeitraum von 1997 bis 2015
Parameter Einheit Anstrom Tagebausee(n) Abstrom
bis 2006 2007 - 2014 2015 bis 2006 2007 - 2014 2015 bis 2006 2007 - 2014 2015
Elektr. Leitfähigkeit [µS/cm ] 1.982 1.822 1.847 1.894 1.743 1.700 1.820 1.625 1.521
pH-Wert [-] 7,30 7,09 7,17 8,12 8,11 7,96 7,78 7,10 7,19
Sauerstoffgehalt [mg/l] 4,32 2,23 0,12 9,26 10,28 10,97 4,10 2,34 2,4
Redoxspannung [mV] 279 163 274 267 261 329 234 179 300
Tabelle 5 gemittelte An- und Kationen im Tagebau Barleben für den Zeitraum von 1997 bis 2014
Anstrom Tagebausee(n) Abstrom Grenzwert
TrinkwV Parameter Einheit bis 2006 2007 - 2014 bis 2006 2007 - 2014 bis 2006 2007 - 2014
Natrium (Na) [mg/l ] 93,8 93,2 116,0 93,9 109,4 97,6 200,0
Kalium (K) [mg/l ] 18,2 11,3 21,5 34,8 30,4 34,2
Calcium (Ca) [mg/l ] 265 244 158 217 307 250
Magnesium (Mg) [mg/l ] 74,8 56,1 34,2 64,5 63,6 65,0
Eisen (Feges) [mg/l ] 1,66 0,17 < NWG 0,15 1,82 1,88 0,20
Mangan (Mn) [mg/l ] 0,37 0,21 0,05 0,09 0,45 0,37 0,05
Sulfat (SO4) [mg/l ] 648 422 757 670 818 626 250
Chlorid (Cl) [mg/l ] 150 218 15 139 175 158 250
HCO3 [mg/l ] 449 449 188 207 273 280
Tabelle 6 gemittelte Nährstoffe im Tagebau Barleben für den Zeitraum von 1997 bis 2014
Anstrom Tagebausee(n) Abstrom Grenzwert
TrinkwV Parameter Einheit bis 2006 2007 - 2014 bis 2006 2007 - 2014 bis 2006 2007 - 2014
Nitrat (NO3) [mg/l ] 4,6 12,4 4,6 2,7 4,0 1,0 50,0
Nitrit (NO2) [mg/l ] 0,38 0,03 0,12 0,04 0,03 0,04 0,50
Ammonium (NH4) [mg/l ] 0,39 0,15 0,19 0,08 0,16 0,34 0,50
Org. geb. Stickstoff (TON) [mg/l ] 1,55 0,69 1,39 1,82 0,45 0,82
Phosphor (Pges) [mg/l ] 0,06 0,03 0,07 0,02 0,05 0,06
Orthophosphat (o-PO4) [mg/l ] < NWG * 0,04 0,06 0,03 0,04 0,07
Tiefenprofile des Adamsees
In den Abbildungen 5 und 6 sind die Tiefenprofile des Adamsees (südlicher und nördlicher Teil) vom 05.05.2015 dargestellt. Beide Tiefenprofile zeigen die für das Frühjahr typischen Abnahmen bei Temperatur und Sauerstoffgehalt mit zunehmender Gewässertiefe. Auffällig ist jedoch, dass der Sauerstoffgehalt im südlichen Teilsee bereits an der Oberfläche mit ca.
4 mg/l deutlich geringer war als im nördlichen See, wo ein Wert von 18 mg/l gemessen wur-de. Der pH-Wert nimmt in beiden Gewässerabschnitten leicht mit zunehmender Tiefe ab. Die elektrische Leitfähigkeit bleibt im südlichen See über die gesamte Tiefe nahezu konstant, im nördlichen See steigt sie leicht an (insgesamt um 50 µS/cm). Beim Redoxpotential unter-scheiden sich die beiden Tiefenprofile recht deutlich. Im Südteil steigt die Redoxspannung mit zunehmender Wassertiefe von ca. 330 mV auf knapp 450 mV an, im Nordteil hingegen sinkt sie von ca. 330 mV auf ca. 290 mV. Im Tiefenprofil des südlichen Seeabschnittes zei-gen sich bei allen untersuchten Parametern Auffälligkeiten, meist große Differenzen/ Sprün-ge, zwischen 6 und 7 m Wassertiefe. Anscheinend hatte zu diesem Zeitpunkt bereits die Schichtung des Gewässers begonnen (siehe Kap. 7.2.1). Bei der Wasserschicht zwischen 6 und 7 m Tiefe handelt es sich demnach um das Metalimnion (die Sprungschicht). Der nördli-che See zeigte diese Anzeinördli-chen noch nicht. Der geringe Sauerstoffgehalt in dem südlinördli-chen und auch älteren See zeigt, dass hier bereits eine Sauerstoffzehrung durch beispielsweise Algen eingesetzt hatte.
Abb. 5 Tiefenprofil des Adamsees (südlicher Teil), 05.05.2015
Abb. 6 Tiefenprofil des Adamsees (nördlicher Teil), 05.05.2015
7.2 Beschaffenheitsprognose