Interaktion von Seen mit Grundwasserkörpern – Stabile Umweltisotope als Tracer für Nachweis, Quantifizierung und Unterstützung für die Modellierung der Seewasserbilanz

Till Harum1, Albrecht Leis1, Christian Reszler1, Andreas Dalla-Via1
1 Institut für Wasser, Energie und Nachhaltigkeit, Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbH

O 8.10 in Isotopen- und Tracermethoden in der Hydrogeologie

16.04.2016, 11:00-11:15, Audimax A, Geb. 30.95

Anhand von zwei kleinen alpinen Seen mit sehr unterschiedlichen hydrogeologischen Rahmenbedingungen wird dargestellt, dass die stabilen Umweltisotope 18O und 2H relevante Informationen über Verdunstungsprozesse, Zu- und Abstrom von Grundwasser sowie das Zirkulationsverhalten in Seen liefern.

Der in Kärnten (Österreich) gelegene Klopeiner See war eines der Testgebiete des ETC-Alpine-Space-Projekts SILMAS, in dem es unter anderem um die Untersuchung der Auswirkungen des Klimawandels auf Wasserhaushalt und Zirkulation alpiner Seen ging (Borasi et al., 2013).

Es handelt sich um einen kleinen meromiktischen See (Einzugsgebiet 2,4 km2, Seeoberfläche 1,14 km2, maximale Tiefe 48 m).

Der See wird überwiegend durch kleine Porengrundwasserzutritte alimentiert und hat einen Oberflächenabfluss. Die Zirkulation ist sehr langsam mit einer mittleren Verweilzeit in der Tiefe von rund 7 Jahren (Datierung mit Tritium-Helium-Methode). Untersuchungen auf die stabilen Isotope 18O und 2H belegten die hohe Dominanz der Seeverdunstung für die Wasserbilanz, die langsame Zirkulation im See und einen Verlust von Seewasser zu einer Quelle, deren Seewasseranteil quantifiziert werden konnte. Dies stellte eine wichtige Information für die hydrologische Modellierung der Seewasserbilanz und deren vergangene und zukünftige Entwicklung dar.

Der in den Nördlichen Kalkalpen in der Obersteiermark (Österreich) gelegene Altausseer See war Gegenstand einer Studie im Auftrag der Steiermärkischen Landesregierung, Referat Gewässeraufsicht und Gewässerschutz (Harum et al., 2014). Er hat ein intensiv verkarstetes Einzugsgebiet (Fläche 54,5 km2, Seeoberfläche 2,1 km2). Der See empfängt seinen hauptsächlichen Zufluss durch unterseeische Quellen, wie der hohe Abfluss des Sees beweist. Die Lage der unterseeischen Austritte war bisher nicht bekannt.

Im Zuge neuer Tiefenlotungen wurde eine große Hohlform (Trichter) entdeckt, die an der tiefsten Stelle 73 m unter der Seeoberfläche liegt, 23 m mehr als bisher bekannt. Der See weist eine sehr rasche Zirkulation auf mit einer abgeschätzten mittleren Verweilzeit von nur rund 7 Monaten.

Mit dem Ziel der Detektierung von Karstwasserzutritten im See und Nachweis und Quantifizierung des Karstwasserzutritts im Trichter wurden tiefengestaffelte Untersuchungen auf die stabilen Isotope 18O und 2H durchgeführt, weiters erfolgten Beprobungen der Zuflüsse und des Abflusses.

Die Ergebnisse ermöglichten den Nachweis, dass im Bereich des Trichters ein Zutritt von Karstwasser mit hohen Schüttungsschwankungen vorliegt, Mischungsberechnungen und eine Korrelation mit dem Abfluss des Sees ergeben eine Schwankungsbreite zwischen nahezu 0 und über 5900 l/s. Ein Tauchgang in den Trichter bestätigten diese Ergebnisse.

Eine geostatistische Interpolation der am Seegrund gemessenen 18O-Gehalte ermöglichte die Zonierung von Bereichen mit unterschiedlichen grundwasserbürtigen Regimes, die die hohe Alimentation des Sees durch Grundwasser aus einem Bergsturzgebiet und Karstwasser belegen.

 

Interpolierte Verteilung des stabilen Isotops Sauerstoff-18 am Seegrund des Altausseer Sees (Probennahme August 2012).
Interpolierte Verteilung des stabilen Isotops Sauerstoff-18 am Seegrund des Altausseer Sees (Probennahme August 2012).



BORASI, L., CANE, D., FINK, G., FRESNER, R., VON HARDENBERG, J., HARUM, T., LEIS, A., MAFFIOTTI, A., PROVENZALE, A., RESZLER, C., SANTNER, G., SCHULZ, L., SILIGARDI, M., WAHL, B., WOLF, T.& ZENNARO, B. (2013): Climate Change Impacts on Alpine Lakes.- Publ. Book, Silmas Alpine Lakes Network, 184 p, Lyon. www.alpine-space.org/2007-2013/projects/projects/detail/SILMAS/show/.

HARUM, T., LEIS, A., RESZLER, C., SCHULZ, L., FRESNER, R. & SANTNER, G. (2013): Interaction of lakes with local groundwater systems – environmental isotopes as tool for water balance investigations.- In RICHOZ S., DIETZEL M. & LEIS A. (Eds., 2013): 12th Austrian Stable Isotope Network Meeting, Graz, November 15th - 16th 2013, Proramm and Abstract volume, Ber. Inst. Erdw.  K.-F.-Universität Graz, Band 18, ISSN 1608-8166, Graz.

HARUM, T., LEIS, A., RESZLER, Ch., DALLA-VIA, A. & STADLER, H. (2014): Hydrologische Untersuchung Altausseer See.- Published report, 51 S, Graz (demnächst Online auf www.steiermark.at/

SCHAFHEUTLE, M. (2012): Große Karstquelle am Nordufer des Altausseer Sees – Tauchgänge 2.-3.10.2012.- Videodokumentation.

ZÖTL, J. (1961): Die Hydrographie des nordostalpinen Karstes.- Steir. Beitr. z. Hydrogeologie, Jg 1960/61, Heft  2, 183 S, Graz.

 



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