Isotopenhydrologische Methoden und Zeitreihenanalyse zur Charakterisierung eines Karstgrundwasserleiters im Hagengebirge, Österreich

Tim Schöne1, Giorgio Höfer-Öllinger2, Michael Schneider3, Andreas Winkler3
1 Tauw GmbH
2 Geoconsult ZT GmbH
3 Freie Universität Berlin

11.9 in Isotopenmethoden zur Analyse von Stoffumsatz und Fließprozessen

Der Karstgrundwasserleiter des Hagengebirges in den nördlichen Berchtesgadener Kalkalpen stellt aufgrund seiner Dimension und der geringen anthropogenen Beeinflussung eine bisher ungenutzte Ressource für qualitativ hochwertiges Trinkwasser darf. Das Karstwasser tritt hauptsächlich an der Karstriesenquelle „Schwarze Torren“ im nördlich des Hagengebirges gelegenen Bluntautal aus. Über diesen Weg und direkt unterirdisch aus dem Karstmassiv infiltriert das Wasser in den bis zu 100 m mächtigen Porengrundwasserleiter des Bluntautals.

Mit Methoden der Zeitreihenanalyse und Isotopenhydrologie wurden die Hydrodynamik des Karstgrundwasserleiters und die Funktionsweise der „Schwarzen Torren“ charakterisiert, sowie relevante Prozesse und Mechanismen im hydrogeologischen System Hagengebirge identifiziert.

Anhand von Korrelationsanalysen konnte ein intermediärer Verkarstungsgrad des Karstgrundwasserleiters mit bimodalem Abflusssystem bestätigt werden. Während bei Starkregen- und Schneeschmelzereignissen quickflow durch offene Karströhren stattfindet, deutet der ermittelte memory effect des Systems von ca. 70 Tagen auf eine hohe Speicherkapazität hin. Wässer können über einen längeren Zeitraum gespeichert und sukzessive als Basisabfluss abgegeben werden. Diese Abflusskomponente dominiert die Hydrodynamik des Grundwasserleiters. Infolge sinkender Jahresniederschlagsmengen sind ein Rückgang der gespeicherten Karstwasserreserven und sinkende Quellschüttungen zu verzeichnen.

δ18O und δD der „Schwarzen Torren“ zeigen einen ausgeprägten Jahresgang, der signifikant durch den Eintrag isotopisch leichter Schmelzwässer im Frühjahr beeinflusst wird. Im Jahresverlauf werden zwei unterschiedliche Wassertypen an der Quelle beobachtet. Bei dem geringmineralisierten Ca-HCO3-Wasser handelt es sich um Niederschlagswässer, die das Hagengebirge zügig durchqueren und kurze Verweilzeiten aufweisen. Wenn der hydraulische Druck im Grundwasserleiter nach dem Ende von Niederschlagsereignissen sukzessive abnimmt, kommt ein Na-Cl-Wasser mit Leitfähigkeiten von bis zu 1000 µS/cm zum Abfluss. Dabei handelt es sich um ein Gemisch unterschiedlich alter und isotopisch verschiedener Niederschlagswässer, die längere Zeit im Hagengebirge gespeichert wurden und dort eingeschuppte Evaporite lösen konnten. Die mittlere Verweilzeit des Wassers im Hagengebirge konnte mit dem Sinus- und Lumped Parameter-Ansatz auf 4-6 Monate eingegrenzt werden. Wassertemperaturen um 6 °C, der hohe Deuterium-Exzess der „Schwarzen Torren“ und die Berechnung der mittleren Einzugsgebietshöhe mit dem regionalen Höhengradienten weisen gleichermaßen auf ein hochgelegenes Einzugsgebiet der Quelle von im Mittel 1800 m ü. A. hin. Mit einem Versatz von ca. 2 Monaten erreicht das Isotopensignal der „Schwarzen Torren“ die etwa 500 m talauswärts gelegenen Bluntauseen.