Einfluss von präferentiellen Fließwegen auf den Transport von Umweltchemikalien in Lößböden am Beispiel des Lysimeterstandortes Rheindahlen

Thomas Demmel1, Thomas R. Rüde1, Uwe Boester1, Jan Schwarzbauer2, Roland Schindler3
1 Lehr- und Forschungsgebiet Hydrogeologie, RWTH Aachen University
2 Forschungsgebiet Organische Geochemie am LEK, RWTH Aachen University
3 NEW NiederrheinWasser GmbH

P 5.1 in Organische Schadstoffe im Grundwasser

Auf Basis einer Kooperationsvereinbarung mit der NEW NiederrheinWasser GmbH führt die RWTH Aachen Forschungsaktivitäten an der hydrologischen Station Rheindahlen durch. Standort ist das Gelände des Wasserwerkes Rheindahlen westlich von Mönchengladbach. Die wägbaren, monolithischen Lysimeter beinhalten für die Region typische Löss-Parabraunerden. Die verwendeten Bodenmonolithen mit Grasbewuchs haben eine Fläche von 1 m² und eine Mächtigkeit von 2 m.

In dem hier vorgestellten Projekt werden zwei Fragestellungen miteinander verknüpft: (1) Lysimeter, die über einen sehr langen Zeitraum in Betrieb sind, zeigen möglichweise Alterungserscheinungen, die sich in Form präferentieller Wegsamkeiten, wie z.B. Randumläufigkeiten, auswirken können. Dies führt zu einem abweichenden hydraulischen Verhalten (höhere kurzfristige Sickerwasserraten und anderes Entwässerungsverhalten) nach Niederschlägen bzw. Niederschlagsphasen und daraus resultierendem Transportverhalten. (2) Als Umweltchemikalien werden Chemikalien beschrieben, die durch menschliches Zutun in die Umwelt gelangen. Viele davon sind geeignet, Mensch und Natur zu schädigen. Für den hier vorgestellten Lysimeterversuch wurden fünf Stoffe (TMDD, DEET, NBBS, HHBC und Bisphenol A) aus unterschiedlichen Anwendungsbereichen mit unterschiedlichen Stoffeigenschaften ausgewählt, die aufgrund ihrer verbreiteten Nutzung häufig anzutreffen sind. Ziel ist es, den Stofftransport der Umweltchemikalien vergleichend in zwei Großlysimetern zu untersuchen, wovon eines präferentielles Fließen zeigt.

Die Stoffaufgabe von zwei konservativen Tracern (Bromid, Uranin) als auch der Umweltchemikalien erfolgte im Juli 2016. Der im Lysimeter mit präferentiellen Fließwegen (L4) beobachtete Stoffdurchbruch, sowohl der Tracer als auch von drei Umweltchemikalien (TMDD, DEET und NBBS), weniger als 2 Tagen nach Aufgabe, belegt das Vorhandensein von präferentiellen Wegsamkeiten. Aufgrund der sehr raschen Reaktion handelt es sich dabei vermutlich um sehr weite Öffnungen (möglicherweise entlang des Randes), die kaum Rückhalt bieten. Über die ersten 8 Versuchsmonate (156 mm Sickerwasserhöhe) zeigen die aufgegebenen Tracer (<< 1 %), die Stoffe TMDD und DEET (< 1 %) sowie NBBS (rund 10%) lediglich einen geringen Wiedererhalt, der darauf schließen lässt, dass nur ein Bruchteil der aufgegebenen Stoffe über diesen schnellen Pfad transportiert wurde und der Großteil in der Bodenmatrix langsam (1-2 Jahre) durch die Bodensäule transportiert wird. Während die gemessenen Konzentrationen von NBBS und TMDD mit wieder einsetzendem Sickerwasseranfall ab Dezember 2016 zurückgehen, zeigen Uranin einen gleichmäßigen und DEET einen steigenden Eintrag aus der Bodenmatrix in die drainierenden Wegsamkeiten und damit in das Sickerwasser. Das Lysimeter ohne präferentielle Fließwege (L3) hingegen zeigt nach über einem Jahr noch keinen Durchbruch.