Beschreibung

Markierungstechniken finden bei der hydraulischen Charakterisierung der Grundwasserleiter im Rahmen von Schutzgebietsabgrenzungen ist ein weites Anwendungsgebiet. Im Rahmen des BWPLUS-Projektes BWR 23008 "Entwicklung einer optimierten Tracertechnik unter Verwendung von fluoreszierenden Mikrokügelchen zur Bewertung der hygienischen Gefährdung von Grundwässern" wurde der Einsatz von im Wasser unsichtbaren, human- und ökotoxikologisch unbedenklichen Mikrosphären bei Labor- und Feldversuchen weiterentwickelt und optimiert. Das Transportverhalten der Partikel wurde mit dem von herkömmlichen Markierungsmitteln verglichen.

Mit den Laborexperimenten bot sich eine gute Vergleichsmöglichkeit zwischen den verschiedenen Analysenmethoden: Auszählen am Fluoreszenzmikroskop und anhand eines Partikelzählers, Bestimmen der Partikelzahl mit Photometer und Fluorimeter. Die verschiedenen Methoden konnten miteinander validiert werden und liefern stabile Messergebnisse. Allerdings bieten sich für die unterschiedlichen Methoden jeweils unterschiedliche Anwendungsbereiche. Bei Laborversuchen bietet sich die Bestimmung mit dem Fluorimeter an. Dazu wurde eine Online-Methode entwickelt, die es ermöglicht, die Datenmenge weiterzuverarbeiten und in ein für gängige Auswertesoftware lesbares Format umzuwandeln. Die Nachweisgrenze ist höher als beim direkten Auszählen, der Aufwand aber erheblich geringer. Das Fluorimeter ist dem Photometer um mehrere Größenordnungen bezüglich der Nachweisgrenze überlegen. Bei niedrigen Partikelkonzentrationen, die üblicherweise bei Feldversuchen auftreten, wurde die Auszählmethode mit einem Partikelzähler validiert. Derzeit wird von einem Kooperationspartner daran gearbeitet, den Partikelzähler auch für weitere Partikelgrößen oder Farben zur Verfügung zu stellen – dann kann ein Partikelzähler mit Fluoreszenzdetektion sicher eine interessante Alternative darstellen. Vergleichende Laborversuche von Partikeln, Mikroorganismen und gelösten Tracern ergaben ein ausgeprägteres Tailing für alle Partikel, während der Durchgang der Fluoreszenzfarbstoffe später einsetzte und früher beendet war.

Es wurden Feldversuche in allen Typen von Grundwasserleitern durchgeführt. Diese haben gezeigt, dass die 1µm Sphären und auch größere Partikelgrößen (bis 5 µm) in signifikanter Konzentration transportiert werden können.

Für einen Karstgrundwasserleiter konnte ein bedeutender Einfluss der hydrologischen Bedingungen auf das Fließgeschehen gezeigt werden. Bei Hochwasser werden dort sowohl Partikel als auch Fluoreszenztracer schneller transportiert, die Unterschiede zwischen beiden verringern sich bei höherem Abfluss. Dieses Verhalten konnte in einem zweiten Karst-Testgebiet von einem Kooperationspartner in der Schweiz bestätigt werden. In einem Porengrundwasserleiter konnten gleichzeitig zu den Partikeln und Fluoreszenzfarbstoffen Bakterien eingegeben werden. Die Partikel treten früher auf und können bis zur am weitesten entfernt gelegenen Probenahmestelle bei 200m transportiert werden. Die Bakterien konnten länger als 50 Tage nachgewiesen werden. In einem Kluftgrundwasserleiter konnten ebenfalls Partikel und weitere gelöste Tracer gemeinsam eingesetzt werden. Dort findet sich ein Tailing des Fluoreszenzfarbstoffs, die Partikel besitzen eine schmalere Durchgangskurve und zeigen einen deutlich erniedrigten Wiedererhalt, der mit Sorption an Kluftflächen zu erklären ist.

Für die Ausweisung von Schutzgebieten bedeutet dies, dass Abgrenzungen neu überdacht werden sollen und – beispielsweise in Karstgebieten – die hydrologischen Bedingungen stärker berücksichtigt werden müssen (Mehrfachmarkierungen bei unterschiedlichem Abflussgeschehen). Die Zunahme der Hochwasserereignisse infolge des Klimawandels verstärken das hygienische Risiko zusätzlich. Eine Grundwassermarkierung mit Partikeln scheint erforderlich, wenn hygienische Fragen im Vordergrund stehen.