Tracer-basierte Bestimmung von Grundwasseranteilen auf verschiedenen Skalen in Hochgebirgseinzugsgebieten

Michael Engel1, Francesco Comiti1, Werner Tirler2, Florentin Hofmeister3, Gabriele Chiogna3, Massimo Tagliavini1
1 Freie Universität Bozen-Bolzano
2 Eco Research S.r.l., Bolzano
3 Technische Universität München

11.2 in Isotopenmethoden zur Analyse von Stoffumsatz und Fließprozessen

Die Verwendung von Tracern ist ein wichtiges Werkzeug, um Wasserflüsse hydrochemisch zu quantifizieren und die Wasserqualität in Flusseinzugsgebieten zu bestimmen. Diese Methodik ist im Hinblick auf die sich stark verändernde Kryosphäre des Hochgebirges von Bedeutung, da damit auch die Abflussanteile von Schmelz- und Grundwasser im Gewässer modifiziert werden und sich auftauender Permafrost auf die Trinkwasserqualität auswirken kann.

Vor diesem Hintergrund wurden zwei Untersuchungsgebiete im Schnals- und Martelltal (Südtirol, Italien) ausgewählt, um eine Tracer-basierte Studie auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen durchzuführen. Die Einzugsgebietsgröße am jeweiligen Gebietsauslass beträgt 39 km² für das Schnalstal und 48 km² für das Martelltal. In beiden Gebieten wird seit Juni 2019 ein räumliches Beprobungsschema durchgeführt, das eine monatliche Messung der elektrischen Leitfähigkeit, stabiler Wasserisotope (d2H und d18O), Strontium-Isotope (87Sr / 86Sr) sowie Haupt-, Neben- und Spurenelemente an verschiedenen Flussabschnitten, Nebengewässern und Quellen beinhaltet. Niederschlag, Schnee- und Gletscherschmelzwässer als potentielle Abflusskomponenten werden ebenso erfasst. Des Weiteren wurde ein automatisches ISCO-Beprobungssystem am Gebietsauslass im Schnalsstal (auf 1770 m ü NN.) installiert, um den stündlichen Verlauf der Abflusskomponenten während verschiedener Tagesschmelzereignisse zu ermitteln. Im Gegensatz dazu wurden im Martelltal (auf 2314 m ü NN.) die stündlichen Proben nicht automatisch genommen. Oberhalb dieser Station werden seit Juli 2019 kontinuierlich Leitfähigkeitswerte im 10 min- Intervall gemessen.

Erste Ergebnisse zeigen, dass die Leitfähigkeit in beiden Tälern im Juni bis August während der Schnee- und Gletscherschmelze weniger variiert als im September (SD: 32 bis 50 µS/cm). Ein Leitfähigkeitsgradient, der auf erhöhten Grundwasserzustrom mit zunehmender Einzugsgebietsgröße schließen könnte, ist aufgrund des Verdünnungseffektes der Schmelzwässer im Sommer nicht ausgeprägt, zeigt sich jedoch im September: an beiden Gewässern verringert sich widererwartend die Leitfähigkeit mit zunehmender Flusslänge (Schnalstal: 348 auf 260 µS/cm; Martelltal: 325 auf 300 µS/cm). Diese Beobachtung lässt sich teilweise auf höhere hydrochemische Variabilitäten in den Kopfgebieten sowie Nebengewässern (SD: 106 bis 212 µS /cm) und damit auf verschiedenes Ausgangsgestein zurückführen. In diesem Zusammenhang zeigen auch die kontinuierlichen Leitfähigkeiten im Martelltal eine leichte Steigerung der Tagesamplitude von ca. 30 µS/cm im Juni auf ca. 40 µS/cm im September.

Weitere hydrochemische Analysen beinhalten die Bestimmung des Grundwasseranteils am Gewässerabfluss auf der Monats- sowie Tagesskala mit Hilfe von Mischmodellen und die Bewertung des Einflusses von auftauendem Permafrost in Blockgletschern.