Evaluation standortspezifischer Einschränkungen bei der Verwendung von Salztracern

Felix Tritschler1, Martin Binder2, Falk Händel2, Diana Burghardt2, Peter Dietrich1, Rudolf Liedl2
1 Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ - Department Monitoring und Erkundungstechnologien
2 Technische Universität Dresden - Institut für Grundwasserwirtschaft

O 12.4 in Reaktiver Stofftransport in heterogenen Grundwasserleitern

24.03.2018, 09:45-10:00, 3

Unter der Vielzahl vorhandener Markierungsstoffe zur Charakterisierung hydrogeologischer Systeme nehmen Salztracer eine besondere Stellung ein. Sie sind historisch betrachtet die ersten Substanzen, die für derartige Versuche wissenschaftlich belastbar verwendet wurden und erfreuen sich auch heute noch großer Beliebtheit, aufgrund der größtenteils geringen Kosten bei Beschaffung und Analytik, eines vertretbaren ökologischen Risikos, einfacher Detektionsmöglichkeiten und nicht zuletzt dem fortgeschrittenen Wissensstand zu ihren Eigenschaften (Käss, 1992). Dabei bietet sich auch die Möglichkeit der Verwendung natürlicher, schwach-mineralisierter Wässer als Tracer in höher mineralisierten Systemen (z.B. Singha et al., 2007; Müller et al., 2010).

Zur Beurteilung solch inverser Tracerversuche und um die standortspezifische Beeinflussung der bei diesen Tests zu erfassenden elektrischen Leitfähigkeit aufgrund von Ionenaustauschprozessen, Sorptionsprozessen oder anderen Faktoren abschätzen zu können, wurden sowohl fünf Batchtestserien zur Bestimmung der Kinetik eines möglichen Austauschverhaltens, als auch acht Säulenversuchsserien bei einer für Grundwässer unserer Breiten typischen Temperatur von ca. 10 °C durchgeführt. Je Batchtestserie wurde eine repräsentative Teilprobe eines Testsedimentes mit sechs unterschiedlichen Wässern versetzt und danach die zeitliche Entwicklung der elektrischen Leitfähigkeit [EC] bestimmt. Die Sedimente hatten dabei unterschiedliche Schlämmkornanteile (<0.1 bis ca. 12 % Massenanteil), die Wässer zunehmend höhere Mineralisierung (ca. 5 bis 10000 µS/cm, teils realisiert durch natürliche Wässer und teils durch Einlösung von Natriumchlorid in entionisiertes Wasser). Die drei verwendeten Versuchssäulen waren mit drei dieser Sedimente gefüllt und wurden mit Grundwasser als Hintergrund gespült. Der Tracerdurchgang (von je 24 h Zugabedauer) mit niedriger oder höher mineralisiertem Wasser wurde am Säulenausgang mit EC-Durchflussmesszellen registriert.

Die Ergebnisse der kinetischen Batchversuche zeigen, dass die Sedimente mit höherem Schlämmkornanteil stärkere Sorptions- und Austauscheffekte aufweisen, was sich auch an den Durchbruchskurven der Markierungsversuche zeigt. Die Intensität, vor allem jedoch die Richtung, des Konzentrationsgefälles bei den Säulenversuchen hat einen entscheidenden Effekt auf die Form und die erfasste Peakkonzentration der Durchbruchskurven. Versuche mit höher mineralisiertem Tracerwasser zeigen zudem auffallend größere Wiederfindungsraten.

Es kann bekräftigt werden, dass bei der Verwendung von Salztracern kein konservatives Verhalten vorausgesetzt werden darf, sondern vielmehr, dass Effekte wie Sorption, Ionenaustausch und Massentransfer in doppelporösen Medien standortspezifisch berücksichtigt werden müssen.



Käss, W., 1992. Geohydrologische Markierungstechnik - Lehrbuch der Hydrogeologie Band 9. Mattheß, G. (ed.), Gebrüder Bornträger: Berlin, Stuttgart.

Müller, K. et al., 2010. Imaging and characterization of solute transport during two tracer tests in a shallow aquifer using electrical resistivity tomography and multilevel groundwater samplers. Water Resources Research, 46(W03502), pp.1–23.

Singha, K., Day-Lewis, F.D. & Lane Jr., J.W., 2007. Geoelectrical evidence of bicontinuum transport in groundwater. Geophysical Research Letters, 34(March), pp.1–5.



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