Bestimmung schneller Grundwasserneubildungsprozesse und quantitativer Quell-Vulnerabilität für Karbonatgrundwasserleiter im semi-ariden östlichen Mittelmeerraum

Sebastian Schmidt1, Fabian Ries2, Joanna Doummar3, Martin Sauter1
1 Angewandte Geologie, Georg-August-Universität Göttingen
2 Professur für Hydrologie, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
3 Department of Geology, American University of Beirut

O 2.5 in Aquifer systems in Europe and beyond

14.04.2016, 15:45-16:00, Audimax B, Geb. 30.95

 

Verkarstete Karbonatgrundwasserleiter stellen weltweit, ganz besonders aber im Mittelmeerraum, bedeutende Trinkwasserressourcen dar. Die Grundwasserneubildungsprozesse, welche einen großen Einfluss auf das Grundwasserdargebot, das Management sowie die Verschmutzungsempfindlichkeit dieser Aquifere besitzen, sind jedoch schwierig zu erfassen und zu quantifizieren.

In dieser Untersuchung werden die Infiltrations- und Neubildungsprozesse (z.B. flächenhaft vs. punktförmig) sowie die Vulnerabilität der zur Trinkwasserversorgung genutzten Karstquellen durch die Auswertung von hochauflösenden Zeitreihen bestimmt. Die Vulnerabilität soll hierbei über Parameter der schnellen Fließkomponente quantitativ erfasst werden. Dazu wurden an vier wasserwirtschaftlich bedeutenden Quellen im Unteren Jordantal in der Nähe von Jericho (Westjordanland) kontinuierliche Monitoringsysteme installiert und z.B. Schüttung, elektrische Leitfähigkeit, Chloridkonzentration und Trübe sowie meteorologische Parameter und Oberflächenabflussereignisse im Neubildungsgebiet erfasst. Der Untersuchungszeitraum umfasst fünf Jahre, welche durch verschiedene hydrometeorologische Rahmenbedingungen charakterisiert sind. Die Daten ermöglichen:

(1) Einblicke in die hydrogeologischen Eigenschaften des Fließsystems, wie Karströhrengeometrie und Volumen des Karströhrensystems,

(2) Die Quantifizierung der schnellen Fließkomponente und assoziierter Vulnerabilitätsparameter der Quellen: (i) Die mittlere Verweilzeit des schnellen Ereignisabflusses beträgt 1–17 Tage und liegt daher deutlich unter dem 50-Tage-Kriterium, (ii) eine kurze Zeitdifferenz der Transportreaktion bei Niederschlagsereignissen (1–6 Tage für die untersuchten Quellen) wird als problematisch beurteilt, während (iii) eine kurze Dauer des (potentiell verschmutzten) Ereigniswasserdurchbruchs (Spanne ca. 3–40 Tage) als vorteilhaft angesehen wird, da die problematischen Stoffe rasch wieder aus dem System ausgetragen werden,

(3) Die qualitative Bestimmung der schnellen Neubildungsprozesse: (i) Eine flächenhafte Infiltration in die Bodenzone, eine nachfolgende Fokussierung des Perkolationsflusses im Boden/Epikarst und eine schnelle Perkolation des Wassers durch die oft mächtige Vadose Zone entlang präferentieller Fließwege werden im untersuchten Karstgrundwasserleiter als wichtige Prozesse angesehen, während (ii) eine punktuelle/linienhafte Infiltration von episodisch stattfindendem Oberflächenabfluss in den Wadis in Ponorzonen allenfalls eine untergeordnete Bedeutung besitzt.

Die Untersuchung legt nahe, dass durch flächenhaft verbreitete schnelle Neubildungsmechanismen eine potentielle Kontamination von einer Vielzahl von Stellen im Einzugsgebiet schnell bis zu den Quellen durchbrechen kann. Im Fall kleinerer Quellgrundwasserleiter ist die verfügbare Vorwarnzeit gering, jedoch aufgrund geringer ausgeprägter Dispersionseffekte die zu erwartende Dauer des Kontaminationsereignisses auch deutlich kürzer.



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