Bestimmung der vertikalen Verteilung hydraulischer Parameter mit Hilfe von Gadolinium als anthropogener Tracer und inverser Modellierung

Uferfiltration ist eine weltweit häufig eingesetzte Methode zur Trinkwassergewinnung. Aufgrund der Beschaffenheit des Flusswassers und möglichen direkten anthropogenen Einträgen ist es von hoher Bedeutung, die Interaktion zwischen Fluss- und Grundwasser sowie die Strömungsverhältnisse im Untergrund bestmöglich zu kennen. Die mögliche räumliche Nähe zwischen Fluss und Gewinnungsanlage und oft hohen hydraulischen Durchlässigkeiten bei steilen Gradienten durch die Wassergewinnung kann zu kurzen Verweilzeiten führen. Insbesondere während Hochwasserereignissen und dem damit verbundenen stormwater runoff von Kläranlagen können die Risiken bezüglich der Grundwasserqualität erhöht sein.

Erhöhte Abflüsse können durch verschiedene Mechanismen die Infiltrationsraten beeinflussen, beispielsweise durch höhere Gradienten, vergrößerte Infiltrationsflächen oder Abtragung von Kolmationsschichten und somit das Fluss-Aquifer-System verändern. Direkte Einträge von unerwünschten Wasserinhaltsstoffen inklusive bakterieller Verunreinigungen treten verstärkt während Hochwasserereignissen auf. 

In unseren Untersuchungen soll ein regionales, dreidimensionales numerisches Grundwassermodell helfen, Qualitätsveränderungen des Förderwassers durch eine optimierte Betriebsführung zu verhindern. Die Notwendigkeit, die Fließwege zwischen dem Fluss und der Trinkwassergewinnungsanlage mit größtmöglicher Genauigkeit vorherzusagen, macht es jedoch erforderlich, das regionale Modell durch lokale Modelle mit hoher Auflösung zu ergänzen. Um vertikale Heterogenitäten, die die lokalen Fließwege bestimmen, besser zu erfassen, wurde zusätzlich ein zweidimensionales vertikales Modell erstellt. Dessen Orientierung entspricht der Hauptfließrichtung des Bankfiltrats zu der Trinkwassergewinnungsanlage. Entlang dieses zweidimensionalen Transsekts wurde das Röntgenkontrastmittel Gadolinium für die Verwendung als konservativer, anthropogener Tracer an tiefenorientierten Beobachtungspunkten beprobt.

Die Probenahme von Gadolinium alle 12 h zeigte ein wöchentliches, abwasserbeeinflusstes Signal im Oberflächenwasser, welches auch im Transsekt verfolgt werden konnte. Dieses Signal diente zur Kalibrierung des zweidimensionalen Stofftransportmodelles. Gemeinsam mit der zeitlich aufgelösten Beobachtung der Grundwasserdruckspiegel wurden die vertikalen hydraulischen Parameter des Grundwasserleiters kalibriert und sollen in das regionale Modell einfließen, um letztendlich die Betriebsführung des Wasserwerkes zu optimieren.