Regen als Grundwassertracer

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr.-Ing. Diana Burghardt; Professor Dr. Peter Dietrich; Professor Dr. Rudolf Liedl
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 275519227

Das Projekt setzt sich zum Ziel, die Nutzung von natürlich verfügbaren Niederschlagswässern als Grundwassertracer wissenschaftlich zu validieren.Zu diesem Zweck soll untersucht werden, ob gesammelte Niederschlagswässer (d.h. Regen und geschmolzener Schnee) kontrolliert in den Untergrund eingebracht und dann mittels Analyse der Stabilisotopensignaturen und Erfassung der elektrischen Leitfähigkeit wiedergefunden werden können. Darüber hinaus soll auch geprüft werden, ob die mit der Eingabe verbundene, temporäre Temperaturänderung eine simultane Verwendung als Wärmetracer ermöglicht. Hiermit sollen letztlich die Grundlagen zur Entwicklung einer toxikologisch und ökologisch sehr verträglichen Methode zur Erkundung von Grundwasserleitern geschaffen werden. Dem Tracerkonzept liegen dabei die an den meisten Standorten vorhandenen natürlichen Unterschiede zwischen Grund- und Niederschlagswässern zugrunde. Speziell bezüglich der Stabilisotopensignaturen der Wassermoleküle selbst sowie der elektrischen Leitfähigkeit bestehen sowohl deutliche regionale als auch vom Aggregatszustand des Niederschlags abhängige Unterschiede. Bei einer geeigneten Auswahl des Eingabewassers sollte daher eine Nutzung als konservative Grundwassertracer möglich sein. Um unabhängig von standortspezifischen Bedingungen eine möglichst korrekte Interpretation von erhobenen Tracermessdaten sicherstellen zu können, ist hierbei eine schrittweise Analyse des tatsächlichen Transportverhaltens notwendig. Für eine umfassende Bewertung der Eignung von Niederschlagswässern als Tracer sind diese Analysen sowohl im kleinskaligen Bereich als auch auf größerer Skala unter Feldbedingungen durchzuführen. Dies soll in zwei aufeinander aufbauenden Projekten geschehen.Im Fokus der Untersuchungen des hier beantragten, ersten Projektes steht dabei vor allem die Beurteilung möglicher Einflussfaktoren auf die Signalstabilität bei Betrachtung kleinskaliger Fließsysteme (Dezimeterskala bis wenige Meter). Dies erfolgt laborgestützt mittels ein- und mehrdimensionaler Durchströmungsexperimente, jeweils unter Verwendung verschiedener Wasser-Sediment-Kombinationen und unterstützt durch Langzeitbatchversuche. Hierbei sollen nicht nur sedimentbedingte Veränderungen der Isotopen- und Ionenzusammensetzung und strukturbedingte Transportprozesse bezüglich ihrer Relevanz eingeschätzt werden, sondern auch chemische Fällungs- und Lösungsreaktionen sowie dichte- und viskositätsbedingte Effekte infolge der Wasser- und Wärmeeinbringung. Zudem soll auch der Einfluss von Eingabeform-bedingten Effekten, von orts- und zeitabhängigen Vermischungen des Eingabewassers (z.B. mit Fremdwässern und stagnantem Porenwasser) sowie natürlichen Schwankungen bewertet werden. Zusätzlich zur qualitativen und quantitativen Analyse der oben genannten, einzelnen Einflussfaktoren erfolgt auch eine Bewertung der Gesamtwirkung infolge von Prozessüberlagerungen. Dies erfolgt jeweils unter Einsatz modellgestützter Prozesssimulationen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Australien
• Kooperationspartner: Professor Dr. Henning Prommer, Ph.D.