Messtechnische Untersuchung und ökohydrologische Modellierung des reaktiven Transports von Pflanzenschutzmitteln am Beispiel eines Kleingewässers
Weltweit sind Gewässer mit Pflanzenschutzmitteln (PSM) belastet. Der Eintrag der PSM kann von landwirtschaftlichen Flächen über Oberflächenabfluss, über den Boden, über Drainagen oder über das Grundwasser erfolgen. Zudem sind Einträge von nicht landwirtschaftlichen Flächen möglich. Die europäische Zulassung von PSM hat das Ziel, diese Belastung durch Auflagen auf ein notwendiges und akzeptables Maß zu beschränken. Ein wesentlicher Unterschied zwischen der Betrachtungsweise bei der Zulassung und der Überprüfung durch Messungen im Gewässer ist die Skala. Bei der Zulassung wird ein Feld betrachtet, während bei Messungen das gesamte Einzugsgebiet (EZG) zur Belastung beiträgt. Auf der Ebene eines kleinen Einzugsgebietes ist die messtechnische Erfassung der Verlagerung sehr aufwändig. Daher war das Hauptziel dieser Dissertation die Verlagerung der PSM anhand eines vorhandenen Modells (ZIN-AgriTra) für ein Gebiet (Lahbach) aufzubauen und anhand selbsterhobener Messdaten zu Abfluss und Konzentrationen die Verlagerung der PSM realistisch abzubilden. Um unterschiedliche hydro-metrologische Bedingungen zu berücksichtigen wurde der Simulationszeitraum auf über 20 Jahre erweitert. Die Ergebnisse zeigten, dass die beiden untersuchten PSM und die untersuchten Transformationsprodukte (TP) sowohl bei starken Niederschlagsereignissen über Oberflächenabfluss, als auch bei einer hohen Bodenfeuchte über Drainagen ausgetragen werden. Dies verdeutlicht, dass hohe PSM-Konzentrationen aufgrund der natürlichen Verlagerung auftreten und nicht nur bei Anwendungsfehlern oder Unfällen, die im Modell nicht integriert sind. Das Modell wurde anschließend dazu verwendet, die Wirksamkeit aktueller Maßnahmen wie Gewässerrandstreifen zu überprüfen. Die Berechnungen zeigten, dass Gewässerrandstreifen im Modellgebiet erst zu einer Reduktion der Überschreitungsdauer der regulatorisch akzeptablen Konzentration (RAK) führen, wenn diese auch an den im Gebiet vorhandenen Gräben und nicht nur am Bach selbst angelegt werden.
Water bodies around the world are contaminated with plant protection products (PPPs). PPPs are released from agricultural areas via surface runoff, soil, drainage or groundwater. Inputs from non-agricultural areas are also likely. The European authorization of PPPs aims to limit this pollution to a necessary but acceptable level by imposing restrictions. A significant difference between the approach used for authorisation and the measurement of event concentrations in streams is the scale. In the case of authorisation, one field is considered, whereas in the case of measurements, the entire catchment area contributes to the contamination. At the scale of a small catchment, the measurement of the transport pathways of PPPs are very complex. Therefore, the main objective of this thesis was to simulate the displacement of PPPs using an existing model (ZIN-AgriTra) for a study site (Lahbach). The transport of PPPs was simulated and the model was calibrated using self-collected measurement data of discharge and PPP concentrations. The simulation period was extended to over 20 years in order to consider different hydro-meteorological conditions. The results showed that the two investigated PPPs and the transformation products (TPs) are discharged via surface runoff during heavy precipitation events as well as via drainage during high soil moisture conditions. This illustrates that high PPP concentrations already occur due to natural displacement and not only due to application mistakes or spills, because both are not integrated in the model. After calibration the model was used to test the effectiveness of current reduction measures such as riparian buffer strips. The calculations showed that buffer strips near the stream did not lead to a reduction in the duration of exceedance of the regulatory acceptable concentration (RAC). Only if the buffer strips are also installed along the ditches in the area and not just along the stream itself the duration of RAC exceedance is reduced.
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