Annegret Henriette Thieken

Schadstoffmuster in der regionalen Grundwasserkontamination der mitteldeutschen Industrie- und Bergbauregion Bitterfeld-Wolfen

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 17.12.2001

Abstract
Um aus bestehenden umfangreichen Datenbeständen neuartige Informationen über Stoffe und ihre Verteilungsmuster in einer regionalen Grundwasserkontamination zu extrahieren, wurde eine dreistufige Untersuchungsstrategie entwickelt und am Beispiel der regionalen Grundwasserkontamination in Bitterfeld-Wolfen (Sachsen-Anhalt, Deutschland) umgesetzt.
In der ersten Stufe wurden Datenbestände aus verschiedenen Grundwassermonitoringprogrammen zusammengeführt und auf Qualität geprüft. In der zweiten Stufe wurden für die organischen Schadstoffe stoffspezifische generalisierte Kontaminationskriterien (Emissions-Nachweishäufigkeit und mittlere Emissionskonzentration) ermittelt. Die beiden Kontaminationskriterien wurden mit Rankingverfahren (Kontaminationsprofilen, Hasse-Diagramm-Technik, Clusteranalysen) verarbeitet. Dadurch wurde die regionale und die lokale Relevanz aller untersuchten Substanzen identifiziert. Darüber hinaus konnten regionale Leitparameter für das Grundwassermonitoring abgeleitet werden (u.a. Tetrachlorethen, Vinylchlorid, Monochlorbenzen, alpha-HCH).
Auf Grundlage der Rankingergebnisse wurden für eine statistische Strukturanalyse, die dritte Untersuchungsstufe, drei regional relevante Merkmalsgruppen ausgewählt und mit Korrelations-, Hauptkomponenten- und Clusteranalysen untersucht. Für alle drei Merkmalsgruppen konnten mit der Hauptkomponentenanalyse verschiedene Kontaminationsfaktoren in der regionalen Grundwasserkontamination identifiziert werden. Darüber hinaus war es möglich, mit Hilfe der Clusteranalyse räumliche Verbreitungsmuster zu visualisieren.
Diese dreistufige Untersuchungsstrategie erhöht nicht nur das Verständnis über die Zusammensetzung der Kontamination, sondern liefert auch Ansatzpunkte für die Optimierung der Monitoringprogramme in Bitterfeld-Wolfen. Die methodische Vorgehensweise ist auf andere regionale Grundwasserkontaminationen, die an vielen Altindustriestandorten auftreten, übertragbar.

In order to extract new information about contaminants and their distribution patterns in a regional groundwater contamination from existing large databases, a three-step investigation strategy was developed and it was applied to the regional groundwater contamination in Bitterfeld-Wolfen (Saxony-Anhalt, Germany).
In the first step, data from different groundwater monitoring programs were consolidated and data quality was evaluated. In the second step, substance-specific generalised contamination criteria (detection frequencies and average detected concentrations) were determined for organic substances. The two contamination criteria were then ranked with different methods (contamination profiles, Hasse diagram technique, cluster analysis). In this way, the local and the regional relevance of each substance under study was identified. Furthermore, regional representative substances were determined for the groundwater monitoring program (among others tetrachloroethene, vinyl chloride, monochlorobenzene, alpha-HCH).
On the basis of the ranking results, three regional relevant parameter sets were selected for the statistical pattern recognition, the third investigation step. They were analysed with correlation analysis, principle component analysis and cluster analysis. In each of the three parameter sets it was possible to detect distinct contamination factors for the regional groundwater contamination. Moreover it was possible to visualise spatial patterns by means of cluster analysis.
This three-step procedure does not only increase the understanding of the composition of the contamination under study, but it also provides starting points for the optimisation of the groundwater monitoring program in Bitterfeld-Wolfen. The methodological strategy is applicable to other regional groundwater contamination sites, which currently occur on many former industrial sites.

Keywords:
Bitterfeld-Wolfen, Grundwasserkontamination, organische Schadstoffe, HCH, DDT, LHKW, multivariate Statistik, Hauptkomponentenanalyse, Clusteranalyse, Hasse-Diagramm-Technik

Bitterfeld-Wolfen, groundwater contamination, organic pollutants, HCH, DDT, volatile chlorinated hydrocarbons, multivariate statistics, principle component analysis, cluster analysis, Hasse diagram technique

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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis, Abbildungs-, Tabellen- und Abkürzungsverzeichnis (I-XII)
1 Einführung und Grundlagen (1-10)
2 Das Untersuchungsgebiet: die Region Bitterfeld-Wolfen (11-28)
3 Datenmaterial und Methoden der Datenanalyse (29-58)
4 Ranking von organischen Schadstoffen: Ergebnisse und Diskussion (59-90)
5 Statistische Strukturanalyse: Ergebnisse und Diskussion (91-136)
6 Schlussfolgerungen uns Ausblick (137-140)
Zusammenfassung (141-144)
Literaturverzeichnis (145-154)
Anhang