Bestimmung der Grundwasser-Verweilzeiten mit Hilfe eines nicht-reaktiven Dispersions-Modells unter Verwendung von anthropogenem Gadolinium als Tracer

Philipp Höhn1, Robert Brünjes1, Andrea Bichler1, Thilo Hofmann1
1 Department für Umweltgeowissenschaften, Universität Wien

P 11.8 in Identifikation hydrogeologischer Prozesse mit Spurenstoffen

Verweilzeit und Dispersion sind wichtige Parameter für die Beschreibung der Grundwasserströmung und des Stofftransportes sowie zur Modellierung. Aufgrund des konservativen Verhaltens und anwendungsspezifischen Vorkommens anthropogenen Gadoliniums (Gdanth) im untersuchten Fluss konnte dieses als Umwelttracer genutzt werden, um Informationen der Interaktion zwischen Oberflächen- und Grundwasser abzuleiten. 

12-stündliche Mischwasserproben eines permanent infiltrierenden Flusses in einem subalpinen Einzugsgebiet zeigten nach Einleitung geklärten Abwassers einen transienten Wochengang der Gdanth-Konzentration. Dieser Wochengang konnte entlang eines Transsekts im ufernahen Grundwasser unter Einsatz tiefenorientierter Rhizon-Probenehmer mit geringeren Maximalkonzentrationen wiedergefunden werden. Weiterhin wurden die Proben auf Chlorid als natürlicher Tracer und auf Acesulfam sowie Gabapentin als anthropogene Abwassermarker analysiert. Der Wochengang von Gdanth wurde genutzt, um die Parameter eines nicht-reaktiven Input-Output-Dispersions-Modells invers zu bestimmen. Die Verweilzeitenverteilung ermöglicht neben der Bestimmung der mittleren Verweilzeit auch die Abschätzung der dominierenden Verweilzeit und Dispersion.

Das Mischungsverhältnis von Flusswasserinfiltraten unterschiedlicher Verweilzeiten wird durch den jeweils resultierenden bestangepassten Dispersions-Parameter ausgedrückt. Dieser bildet die vergleichsweise hohe Dispersivität ab, welche durch die Heterogenität der glazialen Sedimente bedingt ist. Die Untersuchungsergebnisse lassen auf einen raschen Transport im Grundwasserleiter von wenigen Tagen bis zum jeweiligen Messpunkt schließen.

Die Anpassung der weiteren Tracer Chlorid, Acesulfam und Gabapentin zeigt mit den Gdanth-optimierten Parametern für Acesulfam und Gabapentin eine zunehmend schlechtere Güte der Modellanpassung mit zunehmender Tiefe und Abstand zum Fluss. Dies ist auf den Abbau der beiden Substanzen zurückzuführen. Die Chlorid-Konzentration des Flusses ist zeitlich invariant, so dass keine Modellparamater abgeleitet werden konnten.



AMIN, I.E. & CAMPANA, M.E. (1996): A general lumped parameter model for the interpretation of tracer data and transit time calculation in hydrologic systems. – J. Hydrol., 179: 1-21.

TURNADGE, C. & SMERDON, B. (2014): A review of methods for modelling environmental tracers in groundwater: Advantages of tracer concentration simulation. – J. Hydrol., 519: 3674-3689.

ZUBER, A. & MALOSZEWSKI (2001): Lumped parameter models. – In: MOOK, W.G. & YURTSEVER, Y. (eds.): Environmental isotopes in the hydrological cycles: Principles and applications, Vol. 6: 503-521; Paris.