Uni-Bayreuth

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Entwicklung eines Gelände-Fotometers zur schnellen unüberwachten Vor-Ort-Analyse bei Tracer Tests in Karstgebieten

Lars Schimpf1, Wolfgang Gossel
1 Fachgebiet Hydro- und Umweltgeologie, Martin-Luther-Universität Halle

P 2.8 in Hydrogeologie von Hardrock und Kluftgesteinen / Grundwasser und Karst

 

Tracer-Versuche stellen eine sehr wichtige und bedeutende Untersuchungsmethode in der Hydrogeologie dar. Häufigste Einsatzgebiete sind hier die Erfassung von Einzugsgebieten von Quellen oder der Geometrie von Karstgebieten. Eine der am häufigsten verwendeten Substanzen im "dye tracing" ist der fluoreszierende Farbstoff Uranin. Nachteil dieser Methode ist jedoch, dass für den Nachweis geringer Konzentrationen ein Fotometer oder ein Fluorimeter zum Einsatz kommen müssen. Dies gestaltet den Einsatz von Uranin als Tracer insbesondere in Gebieten mit großen Distanzen zwischen den Messpunkten und bei schwer kalkulierbaren Retentionszeiten schwierig. Aus diesem Grund entwickelte die Fachgruppe Hydro- und Umweltgeologie ein mobiles Gerät, das auf dem Fotometerprinzip beruht.

Die Anforderungen an das Gerät umfassten im Wesentlichen Mobilität, Robustheit, Datenlogger-Funktionalität, unabhängige Stromversorgung, sowie eine unkomplizierte Technik und Handhabung. Des Weiteren sollte die Entwicklung in den Bereichen Hard- und Software auf bestehenden und gut dokumentierten Prinzipien aufgebaut werden. Die zentrale Einheit der Datenverarbeitung und Steuerung ist ein auf dem ATmega328 basierendes Arduino Uno SMD Mikrocontroller Board (Arduino, 2013). Dessen Funktionalitäten wurden durch die Installation einer SD-Karten-Schnittstelle sowie einer RTC (Real Time Clock) erweitert, um das Gerät als Datenlogger für die Messungen einsetzen zu können. Die Geräte sind teilweise mit zwei Messeinrichtungen ausgestattet:

Das Erfassen der Intensität der UV-Strahlung und somit deren Extinktion durch den Tracer, erfolgt durch eine Fotodiode, deren Signal durch einen Transimpedance Amplifier verstärkt wird. Als Strahlenquelle dient hier ein UV-LED an der offenen und somit frei durchströmbaren Messzelle. Diese Messzelle wird direkt in das Gewässer eingebracht. Die UV-Strahlung gelangt dann durch einen Lichtwellenleiter zu der Photodiode, der ein entsprechender Farbfilter vorgeschaltet werden kann. Da es sich um eine offene und somit aussenlichtempfindliche Messanordnung handelt, wurde eine weitere Photodiode für die Bestimmung der Intensität des Umgebungslichtes als zweite Messeinrichtung verbaut, falls eine Abschirmung gegen das Umgebungslicht nicht gewährleistet werden kann. Die geringe Größe (inklusive 9V Batterie zur Stromversorgung), sowie der geringe Stromverbrauch erlauben einen äußerst mobilen Einsatz über Zeiträume von mehreren Wochen.



ARDUINO (2013): Arduino Uno.- http://arduino.cc/de/Main/ArduinoBoardUno. Besucht 29.10.2013.

Letzte Änderung 31.10.2013