Schadstoffe in Gewässern analysieren

Wie Sie datensatzübergreifend Grenzwertüberschreitungen in Gewässern erkennen, Entwicklungen beobachten und gewonnene Erkenntnisse weitergeben

Mehrdimensionale Tabelle in Cadenza

Schadstoffe in Gewässern sind für die Natur und unsere Gesundheit sehr gefährlich. Deshalb werden im Rahmen von Messprogrammen regelmäßig Wasserproben entnommen und die zugehörigen Daten erfasst. In der Auswertung dieser Daten können Mitarbeiter von Behörden Grenzwertüberschreitungen verschiedener Stoffe erkennen und zur Einleitung von Maßnahmen heranziehen. Ein Beispiel soll verdeutlichen, wie die Auswertung dieser Daten erfolgen kann.

Grundlage für dieses Beispiel ist ein fiktiver Datensatz zu Gewässern in Niedersachsen. In diesem gilt es, Grenzwertüberschreitungen zu erkennen. Bei den verwendeten Daten handelt es sich um Daten des Niedersächsischen Landesbetriebs für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN), welche nachträglich verändert und erweitert wurden.

Der Datensatz für das Beispiel enthält Informationen über

  • Wasserschutzgebiete und Gewässer
  • Messstellen mit Messwerten zu Arsen, Blei, Cadmium, Nickel und Zink
  • zuständige Gemeinden und Landkreise

Alle Daten besitzen einen geografischen Bezug und sind auf das Bundesland Niedersachsen beschränkt. In diesem Beitrag zeigen wir Ihnen, wie Sie

  • per Filterfunktion und multidimensionaler Tabellen Grenzwertüberschreitungen erkennen und deren Verlauf analysieren.
  • auffallende Werte identifizieren und genauer betrachten.
  • relevante Inhalte exportieren, um sie für die weitere Bearbeitung Dritten zur Verfügung stellen können.
  • mit Hilfe des Report Schedulers regelmäßig automatisiert individuelle Reports erstellen und an ausgewählte Personen senden können.

Grenzwertüberschreitungen von Schadstoffen in Gewässern mit Hilfe von Filterungen in mehrdimensionalen Tabellen identifizieren

Für einen ersten Eindruck der Daten betrachten wir deren Darstellung in einer Karte (siehe Abbildung 1). Zu sehen sind Messstellen als orange Punktdaten an bestimmten Gewässern sowie Wasserschutzgebiete in Blau.

Karte mit Messstellen, Gewässer und Wasserschutzgebiete in Niedersachsen

Abb. 1: Messstellen, Gewässer und Wasserschutzgebiete in Niedersachsen

Beim Wechsel in die Tabelle stellen wir fest, dass die Daten entlang mehrerer Dimensionen wie Raum, Zeit oder verschiedener Parameter umfangreich ausgewertet werden können. Auf deren Basis ist es einfach herauszufinden, welche Messstellen an den Gewässern Grenzwertüberschreitungen gemessen haben. Laut der Trinkwasserverordnung 2013 gelten folgende Grenzwerte (μg /l):

  • Arsen: 10 μg/l
  • Blei: 10 μg/l
  • Cadmium: 3 μg/l
  • Nickel: 20 μg/l

Wir nutzen nun die umfangreiche Filterfunktion, um allgemeine Grenzwertüberschreitungen zu identifizieren. Zuerst sortieren wir unsere Tabelle unseren Ansprüchen entsprechend. Ausgehend von der betroffenen Gemeinde, die benachrichtigt werden soll, lassen wir uns weitere Informationen anzeigen. Wir möchten, dass Informationen zu den Messwerten auf Gemeindeebene und nicht auf Landkreisebene ausgegeben werden. Dafür muss nur die Hierarchie des Ortes angepasst werden.

Um alle gemessenen Grenzwertüberschreitungen der Schadstoffe in Gewässern mit zugehörigen Informationen zu erhalten, filtern wir einzeln nach den Schadstoffen und geben deren zugehörigen Grenzwert in den Filtern als Minimum an; beispielsweise wäre das für Blei „10 μg/l“. Dadurch werden uns alle Werte über dem bekannten Grenzwert angezeigt. Im ersten Schritt interessieren uns aber nur aktuelle Grenzwertüberschreitungen, weshalb ein weiterer Filter auf das Jahr 2019 gesetzt wird. Dies ist in Abbildung 2 am Beispiel von Blei zu sehen. Dieser Vorgang wird für alle weiteren Parameter analog durchgeführt.

Tabelle mit Informationen zur Bleibelastung in Gewässern

Abb. 2: Bleibelastung in Gewässern im Jahr 2019

Nun kann die jeweilige Ergebnistabelle mit einem Klick exportiert und als Excel-Tabelle ausgegeben werden. Dieser Vorgang ist in Abbildung 3 zu sehen. Auf Basis der gewonnen Excel-Tabellen können beispielsweise Maßnahmen zur Reduzierung der Schadstoffe in bestimmten Gewässern eingeleitet werden.

Export der gefilterten und beliebig angeordneten Tabelle als Excel-Tabelle

Abb. 3: Export der gefilterten und beliebig angeordneten Tabelle als Excel-Tabelle

Entwicklungen beobachten

Wir möchten uns nun einen Ausreißer mit auffallenden Werten genauer anschauen. In der Praxis wäre folgendes Szenario vorstellbar:

Eine Altlastenfläche mit hoher Schwermetallbelastung unterlag vor fünf Jahren einem starken Erdrutsch, wodurch das Material in der Ems landete. Daraus resultierte eine erhöhte Bleikonzentration im Fluss. Diese Gegebenheit muss nun regelmäßig überprüft und beobachtet werden.

Schon in unserer vorhergehenden Analyse, die akute Grenzüberschreitungen der Schadstoffe in Gewässern aufzeigt, ist die Ems negativ aufgefallen.

Wenn wir unsere Ansicht mit dem Filter auf die Ems beschränken, können wir uneingeschränkt die Wasserqualität betrachten. Um nicht nur die aktuellen Werte, sondern auch die der vorherigen Jahre zu analysieren, entfernen wir die Einschränkung des Filters auf das Jahr 2019. Jetzt können wir sehen, ob die Schwermetallbelastung an den einzelnen Messstellen unverändert ist oder besser bzw. sogar schlechter wurde. Vor allem bei einer Verschlechterung der Werte müssen die möglichen Gründe im Nachgang ermittelt werden, um gegebenenfalls passende Gegenmaßnahmen einleiten zu können.

Tabelle mit Bleibelastung in der Ems in den letzten sechs Jahren

Abb. 4: Bleibelastung der Ems in den letzten sechs Jahren

Alle in Abbildung 4 angezeigten Messstellen weisen zwar hohe Grenzwertüberschreitungen auf; dennoch liegt bei allen, außer einer Messstelle, ein Rückgang der Bleikonzentration vor. Daher schauen wir uns nur die Messstelle genauer an, deren Messwerte stetig ansteigen: Gandersum.

Bei Betrachtung des Bleigehalts an der Messstelle Gandersum in einem Diagramm (Abbildung 5) erkennen wir einen deutlichen Anstieg des Bleis. Damit sich das Problem nicht weiter verschlimmert, müssen schnell Maßnahmen ergriffen werden, welche auf Basis der gelieferten Informationen abgeleitet werden können.

Säulendiagramm zur Bleibelastung in der Ems in den letzten Jahren

Abb. 5: Diagramm zur Bleibelastung in der Ems in den letzten sechs Jahren

Erkenntnisse als Bericht weitergeben

Neben dem oben genannten Export der Daten als Excel-Datei können auch automatisierte Reports ausgegeben werden. Deren Inhalte sind auf die jeweilige Filterung in Cadenza angepasst, sodass nur die Informationen zur Verfügung gestellt werden, die wirklich benötigt werden. Es besteht außerdem die Möglichkeit, dass Sie sich und anderen zuständigen Personen die Berichte täglich (oder in einem zeitlichen Rhythmus Ihrer Wahl) automatisiert oder nur bei Grenzwertüberschreitung schicken lassen. Mehr zum Thema „Automatisiertes Reporting mit Cadenza“ finden Sie hier.

Erstellen eines automatisierten Reports in Cadenza Web

Abb. 6: Erstellen eines automatisierten Reports

Eigene Messstellen und Messwerte überwachen und auswerten

Auch wenn es sich in diesem Fall um fiktive Daten handelt, ist dieses Szenario natürlich einfach auf andere Szenarien übertragbar, in denen Messstellen und Messwerte überwacht werden. Cadenza kann per einfacher Konfiguration auf beliebige Datenbanken mit Messstellen und Messwerten zugreifen. Gerne zeigen wir Ihnen mit Ihren eigenen Daten, wie Sie Cadenza konfigurieren können, um Ihre Messstellen und Messwerte darzustellen – für das Thema Gewässer, aber natürlich auch für Messungen, Parameter und Messwerte aus anderen Fachbereichen.