Ursache dafür sei insbesondere, dass für viele Stoffe kein standardisiertes Monitoring in allen relevanten Bereichen der Umwelt und mit ausreichend sensitiven analytischen Methoden durchgeführt wird, heißt es in dem vom Institut für Wasser und Gewässerentwicklung des KIT erarbeiteten Abschlussbericht.
Die verfügbaren Daten resultierten aus Einzelinitiativen von Umweltbehörden oder Forschungseinrichtungen, sein immer unvollständig und bisweilen mit Methoden erhoben, die für die Aufgaben der Stoffbilanzierung ungeeignet sind, stellen die Autoren des Berichts fest. Damit entstehe das Grundproblem, dass bei limitierter Kenntnis- und Datenlage eine räumlich differenzierte Beschreibung des mittleren Systemverhaltens durchzuführen sei. Dies sei zwangsläufig mit Unsicherheiten in den Modellaussagen und dem Risiko verbunden, dass die Maßnahmenpriorisierung fehlerhaft ist. Die fachlich begründete Reduzierung der bestehenden Unsicherheiten sei daher „eine Daueraufgabe der Stoffeintragsmodellierung“.
Hochfrequentes Monitoring nicht realistisch und auch nicht notwendig
Grundsätzlich besteht ein hoher Bedarf an gültigen Konzentrationsdaten der Gewässer, um vor den Hintergrund der vielfältigen Unsicherheiten bei der Eintragsmodellierung, eine Plausibilisierung der Ergebnisse durchführen zu können, heißt es in dem Bericht. Eine gezielte Beprobung von verschiedenen Abflusssituationen ist dafür den Wissenschaftlern vom KIT zufolge der zu bevorzugende Weg, da nur so mit vertretbarem Aufwand eine belastbare Datenbasis erzeugt werden könne. Ein hochfrequentes Monitoring sei aufgrund der damit verbundenen Kosten kaum vorstellbar und meist auch gar nicht notwendig.
Gewässerinterne Prozesse berücksichtigen
Um einen Vergleich zwischen Eintrag und Gewässerfracht durchführen zu können, müssten die die gewässerinternen Prozesse, die gegebenenfalls zu einer deutlichen Minderung der Einträge führen, adäquat abzubilden. Nur so könne, mit Blick auf die Bewirtschaftung von Flusseinzugsgebieten, die Einhaltung von gewässerrelevanten Umweltzielen, beispielsweise Umweltqualitätsnormen, bei entsprechender Eintragssituation, geprüft werden. Gewässerinterne Prozesse, wie Abbau oder dauerhafte Retention, würden in bundesweit eingeführten Stoffeintrags-Modellwerkzeugs MoRE (Modelling of Regionalized Emissions) für Schadstoffe bisher nach einem sehr einfachen methodischen Ansatz abgebildet: Es würden stoffspezifische Koeffizienten abgeleitet, welche die Differenz zwischen modellierten und beobachteten Frachten unter Berücksichtigung hydraulischer Kenngrößen erklären können.
Umwandlungsprozesse regionalisiert modellieren
Nach Auffassung der Autoren des UBA-Berichts sollte es Ziel für die bundesweite MoRE-Anwendung sollte sein, die gewässerinternen Prozesse angemessen, d.h. unter Berücksichtigung der betrachteten Maßstabsebene und der verwendeten empirischen Ansätze und der Eingangsdaten, zu betrachten. Aus diesem Grund sollten künftig auch in der deutschlandweiten Modellierung gewässerinterne Retentions- und Umwandlungsprozesse entlang von Gewässerstrecken regionalisiert modelliert werden, sofern die verfügbaren Daten dies ermöglichten, empfiehlt der Bericht.
Ein weit verbreiteter Ansatz zur Abbildung von Retentions- und Umwandlungsprozessen seien Knoten-Kanten-Modelle, die das Gewässernetz in Knoten (Mündungen, Messstationen, Punktquellen) und Kanten (Gewässerabschnitte) unterteilen. Im Knoten-Kanten-Modell werden Stoffe im Gewässer entlang des Abflussbaumes weitergereicht, erläutert der Bericht. Die Knoten bilden dabei unter anderem Bilanzpunkt, und entlang der Kanten werden die gewässerinternen Retentions- und Umwandlungsprozesse modelliert. Da stets das gesamte oberliegende Einzugsgebiet berücksichtigt wird, kann an den Knoten mit Gütemessstellen und Pegeln eine Validierung der Frachten und Konzentrationen durchgeführt werden.
Probleme durch Berechnung auf Jahresebene
Die bisher realisierte Eintragsberechnung auf Basis von Analysegebieten und die Tatsache, dass MoRE die Stoffeinträge auf Jahresebene berechne, führt dem Abschlussbericht zufolge zu fachlichen und technischen Problemen bei der Umsetzung von Prozessen im Gewässerschlauch. Eine Möglichkeit, dies zu verbessern, wäre dem Bericht zufolge etwa eine quartalsweise Modellierung der Einträge. Sowohl bezogen auf die räumliche Umsetzung eines Knoten-Kanten-Ansatzes als auch auf eine höhere zeitliche Auflösung sei eine Anpassung der aktuellen MoRE-Struktur erforderlich, resümieren die Wissenschaftler. Darüber hinaus gelte es zu prüfen, ob die notwendigen Eingangsdaten bundesweit verfügbar vorliegen. Wichtige Einflussgrößen für Retentions- und Umwandlungsprozesse sind insbesondere die Temperatur, die Globalstrahlung sowie die Aufenthaltszeit als Funktion von Fließgeschwindigkeit und Gewässerprofil.
Der Bericht „Ubiquitäre Schadstoffe – Eintragsinventare, Umweltverhalten und Eintragsmodellierung“ (UBA Texte 52/2018) steht unter www.uba.de im Bereich Publikationen zur Verfügung.
