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Band/volume 28: Adolph G. (2009):

Kombination von Isotopenmethoden und Grundwassermodellen in der
Altlastenbearbeitung

Die vorliegende Arbeit ist als Forschungsschwerpunkt im Projekt ERGO entstanden. Das Projekt ERGO „Entwicklung eines Bewertungskonzeptes und orientierende Risikoabschätzung zur Gefährdung des Trinkwassers durch Altlasten im Oberrheingraben“ verfolgt das Ziel, für den gesamten Oberrheingraben abzuschätzen, ob und wenn inwieweit Trinkwasserversorgungen durch unbekannte Altlasten und katalogisierte Verdachtsflächen gefährdet sind. Die Arbeit wurde von der AWBR (Arbeitsgemeinschaft Wasserwerke Bodensee Rhein) gefördert und soll in erster Linie für die Wasserversorger eine nachvollziehbare und zuverlässige Grundlage für die Einschätzung und Bewertung dieses Themas liefern. Vorliegende Arbeit behandelt das Thema der Altlasten zum ersten Mal grenzübergreifend aus Sicht der Wasserversorger auf regionaler Ebene in der Schweiz, Frankreich und Deutschland. Das Bearbeitungsgebiet von ERGO orientiert sich an den Grenzen des natürlichen Gesamtsystems (Oberrheingraben). Die neuen Anforderungen der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) und der novellierten Trinkwasserverordnung (TrinkWV) wurden berücksichtigt.
Der Ansatz, die Gefährdung durch Altlasten regional integriert und aus der Perspektive der Wasserversorger zu betrachten, bietet mehrere Vorteile. Die Auswertungen haben gezeigt, dass nur ein kleiner Anteil der bekannten Verdachtsflächen in Wasserschutzgebieten liegt. Zudem sind die potentiellen Altlasten räumlich nicht zufällig verteilt, sondern viele Typen von Altlasten liegen im Gesamtgebiet des Oberrheingrabens nicht in ausgewiesenen Wasserschutzgebieten. Somit kann die Anzahl und die Art der möglichen Gefährdungen deutlich reduziert werden und wesentlich fokussierter bearbeitet werden. Es wurde eine Methode entwickelt, die zwei Wege der Betrachtung verfolgt. Der erste Weg erfolgt von der Verdachtsfläche zum Wasserwerk, folglich verdachtsflächen-orientiert genannt. Im Falle bekannter Verdachtsflächen werden diese mit den Wasserschutzgebieten verschnitten. Die einzelnen Branchen wurden in Klassen mit gleichen Produktionsprozessen eingeteilt. Es wurde aus der Literatur eine Liste mit branchenüblichen Kontaminationen, aus Stoff- bzw. Stoffgemischen erstellt. Anschließend können Fließpfade berechnet und für die betreffenden Flächen Transportprognosen erfolgen.
Der zweite Weg beschreibt vom Brunnen ausgehend die hydrologische Dynamik des Aquifers, folglich versorger-orientiert genannt. Die Dynamik wird über eine einfache Grundwassermodellierung mittels der Analytischen Elementen Methode und einen Multitraceransatz bestimmt. Durch die Anwendung von Tracern mit überlappenden Datierungsbereichen können im Modell erstellte Altersstrukturen überprüft werden. D.h. es können komplexe Altersstrukturen für die einzelnen Brunnen, bzw. das geförderte Wasser, ausgewiesen werden.
Nach einer ersten Priorisierung der Verdachtsflächen wurde die entwickelte Methode an vier Wasserwerken, mit sehr unterschiedlicher hydrologischer Dynamik, getestet. Im Wasserschutzgebiet Zartener Becken wurde die Methode als erstes angewendet und entwickelt. Die hydrologische Dynamik wird durch die Fließgewässer Dreisam und Eschbach mitgeprägt. So konnte eine Altersverteilung mit zwei Maxima berechnet werden. Wobei der erste Peak bei 70 Tagen und der zweite Peak zwischen drei und vier Jahren mittlerer Verweilzeit (MVZ) liegt. Im Wasserwerk Hausen konnten für die sechs Brunnen zwei Brunnengruppen ausgewiesen werden. Wobei die eine stärker durch die Uferinfiltration beeinträchtigt ist. Des Weiteren konnte durch die Messungen von Krypton-85 und Argon-39/37 festgestellt werden, dass eine weitere Komponente mit höherer mittlerer Verweilzeit zuströmen muss. Die beiden Schweizergebiete sind in ihrer hydrologischen Dynamik stark durch die künstliche Infiltration von Rheinwasser beeinflusst. Während in den Langen Erlen die Infiltrationsflächen wechseln bleibt diese im Hardwald konstant. Die Wässerung wird bei Hochwasser, in Verbindung mit hoher Trübung des Rheins und bei Rheinalarm in beiden Gebieten eingestellt. Es zeigte sich, dass die Zeitreihenauswertung von Sauerstoff-18 und Deuterium hier zu guten Ergebnissen kommt. Beide Gebiete ließen sich allerdings durch die große Instationärität nur bedingt mit dem einfachen Modellansatz nachmodellieren, große Fehler mussten in Kauf genommen werden. Eine Altersverteilung konnte nicht oder nur eingeschränkt modelliert werden. Dies weist auch die Grenzen der AEM nach heutigem Stand auf. Es zeigte sich bei den Gastracern, in Basel und Umgebung eine lokale Erhöhung von SF6 und den FCKWs vorherrscht. Da in der Regel keine Inputfunktionen zu Verfügung stehen, wurde eine Korrekturmethode für die vorhandenen Daten verwendet. In den Langen Erlen konnten bei abgeschalteter Wässerung und Hochwasser in der Wiese Fließzeiten von unter zwei Tagen festgestellt werden. In der Hard konnte die Hypothese, dass ausschließlich infiltriertes Rheinwasser gefördert wird, widerlegt werden. Jedoch konnte der genaue Anteil nicht verifiziert werden, da es keine ungestörten Proben aus dem Muschelkalk gibt, d.h. unbeeinflusst durch die künstliche Infiltration.
Eine Gefährdungsabschätzung der in den Gebieten liegenden Verdachtsflächen wurde in zwei Schritten durchgeführt. Mit der Grundwassermodellierung wurden Fließbahnen berechnet. Anschließend wurde für die Fließbahnen welche die Brunnen erreichen, oder durch Dispersion erreichen können, das Dispersionsmodell für die Leitstoffe der Verdachtsflächen berechnet. Als Randbedingung wurde der Grenzwert der TrinkWV in Deutschland bzw. der Leitwert der WHO angenommen. Dadurch konnten konkrete Mengen ausgerechnet werden, die ins Grundwasser versickert sein müssen um den Grenzwert am Brunnen zu überschreiten.
Die Grundwassermodellierung weist in stark instationären Gebieten und in Gebieten mit großen Aquifersteigungen zurzeit noch gewisse Schwierigkeiten auf. Es ist jedoch absehbar, dass die AEM-Arbeitsgruppen diese in nächster Zeit bearbeiten. Die Vorteile der korrekten Fließbahnberechnung und der Möglichkeit effektiv Altersstrukturen zu berechnen ist entscheidender Vorteil der Methode. Durch die Möglichkeit, dem geförderten Wasser eine Altersstruktur zu zuweisen, können Zonen bzw. Gefährdungsklassen aufgezeigt werden. Der Anteil an jungem, beispielsweise über indirekte Neubildung gebildetem Grundwasser, kann berechnet werden. Zusätzlich kann der Einfluss alter Komponenten nachgewiesen werden. Durch die Multitraceruntersuchung können die gerechneten Altersstrukturen überprüft werden. Durch die explizite Altersstruktur können Mischungen angegeben werden, die dann einer Bewertung hinsichtlich ihrer Gefährdung unterzogen werden kann.

[ deutsche Zusammenfassung ]