Drei Multi-Tracerversuche im Massenkalk von Hemer – Was wissen wir über dieses hochdynamische Karstsystem?

Tobias Vaitl1, Stefan Wohnlich1
1 Lehrstuhl Angewandte Geologie, Ruhr-Universität Bochum

P 19.11 in Young Hydrogeologists forum

Tracerversuche haben sich in der Hydrogeologie bewährt, um wichtige hydraulische und hydrochemische Parameter des Untergrundes abzuleiten. Insbesondere in Karstgebieten, welche ein Viertel der weltweiten Wasserversorgung ausmachen, ist die Kenntnis über die Bestimmung der Fließgeschwindigkeiten von großem Interesse, da Schadstoffe innerhalb weniger Stunden von Eintragsquelle bis Brunnenfassung gelangen können. Um ein exaktes Systemverständnis zu erlangen, bieten sich insbesondere Tracerversuche an, um die entsprechenden Eigenschaften dieses äußerst vulnerablen Aquifertyps zu bestimmen (Laimer 2005). Aus diesem Grund wurden drei Tracerversuche über einem Zeitraum von drei Jahren im komplexen Karstsystem eines mitteldevonischen Massenkalkes bei Hemer durchgeführt. Innerhalb dieser drei Jahre wurden insgesamt vier Eingabestellen (Ponore/Grundwassermessstellen) und neun mögliche Austragsstellen (Quellen/Hönne) genauer untersucht. Während aller Tracerversuche wurden zusätzlich Abflussmessungen durchgeführt und Wasserproben entnommen, um mit Hilfe des Oberflächenabflusses und der Hydrochemie Rückschlüsse auf das Gesamtsystem zu ziehen.

In einem ersten Tracerversuch im Jahr 2012 wurden Uranin (1500 g) und Amidorhodamin G (2000 g) in den Untergrund eingebracht. Nach einem Versuchszeitraum von einer Woche konnte kein Tracerdurchgang in den beobachteten Quellen festgestellt werden. Die Analysen der Ionenkonzentrationen legten nahe, dass ein unterirdischer Fließweg zwischen einer Bachschwinde nahe dem Bahnhof Binolen und der Feldhofquelle bestand. Diese Vermutung wurde im Jahre 2013 bestätigt. So wurden in eine Bachschwinde insgesamt 1200 g des Fluoreszenztracers Tinopal CBS-X eingegeben. Wenige Minuten nach der Eingabe wurde der Markierungsstoff sowohl in der Feldhofquelle als auch in der Klusensteiner Quelle nachgewiesen. Zusätzlich wurden in diesem Versuch Uranin (1000 g) und Amidorhodamin G (1500 g) in zwei Schlucklöcher auf der Karsthochfläche bei Brockhausen injiziert. Uranin konnte hierbei in der Feldhofquelle und Freiligrathquelle nachgewiesen werden. Im Jahre 2014 wurden die Eingabestellen modifiziert, um den Einfluss des angrenzenden aktiven Kalksteinbruches zu untersuchen. Aus diesem Grund wurde in diesem Versuch der Tracer Amidorhodamin G in die gegenüberliegende Karsthochfläche, bei Eisborn, in eine Grundwassermessstelle eingegeben. Der Tracer konnte, wie im Jahr 2013, in keiner Beobachtungsstelle nachgewiesen werden.

Die durchgeführten Abflussmessungen haben wie auch die drei Markierungsversuche gezeigt, dass es sich bei dem untersuchten Massenkalk bei Hemer um ein sehr komplexes Karstsystem mit hohen Fließgeschwindigkeiten handelt, welches somit einen höchst vulnerablen Aquifer darstellt. Die Bilanzierung der Abflüsse deutet darauf hin, dass ein großer Teil der Hönne in Bachschwinden versickert und unterirdischen Fließwegen folgt, was durch die drei umfangreichen Tracerversuche bestätigt werden konnte. Zudem zeigte sich, dass es auf der Höhe des Kalksteinbruches zu einer Erhöhung um den Faktor 6 im Abfluss der Hönne kam.



Laimer, H. J. (2005): Die Erfassung der Karstgrundwasser-Vulnerabilität mit der Methode „VURAAS“. Grundwasser 10(3), 167-176.