Organische Spurenstoffe als Indikatoren zur Charakterisierung komplexer Grundwassersysteme
Ansätze am Beispiel eines urban geprägten Karstgrundwasserleiters
dc.contributor.advisor | Licha, Tobias PD Dr. | |
dc.contributor.author | Reh, Roland | |
dc.date.accessioned | 2015-02-10T10:32:56Z | |
dc.date.available | 2015-02-10T10:32:56Z | |
dc.date.issued | 2015-02-10 | |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0022-5DB3-3 | |
dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-4913 | |
dc.description.abstract | In komplexen Grundwasserleitern lassen sich grundlegende Informationen zur Abgrenzung von Quelleinzugsgebieten, zur Ableitung von Grundwasserfließrichtungen oder zur Bewertung der Vulnerabilität nicht allein über konventionelle hydrogeologische Methoden (beispielsweise Grundwassergleichenpläne, Quellschüttungsmessungen, Pumpversuche) gewinnen, so dass vielfach ergänzend hydrochemische Methoden eingesetzt werden. Zu den gängigen hydrochemischen Methoden gehören Auswertungen der Hauptionenverhältnisse, stabiler und radioaktiver Isotope, von Umwelttracern und Metallen der Seltenen Erden einschließlich des Yttriums sowie der aktive Einsatz künstlicher Markierungsstoffe. Die Anwendung gängiger hydrochemischer Methoden ist durch natürliche oder anthropogene Hintergrundkonzentrationen, die die Ausbildung eines ausreichenden Kontrasts behindern können, limitiert. Da diese Methoden meist nur an der Quelle als integrales Signal des gesamten Einzugsgebiets ansetzen, kann die Abgrenzung des Einzugsgebiets nur indirekt durch die Abschätzung von Volumina und darauf aufbauender Abschätzung der Flächengröße vorgenommen werden. Zur konkreten Lokalisierung der Einzugsgebietsgrenzen und der Ableitung von Grundwasserfließrichtungen sind also zusätzliche Informationen notwendig. Durch die menschliche Produktion organischer Verbindungen steht ein riesiges Spektrum potentieller Indikatoren zur Verfügung, das die Anzahl der bei etablierten Methoden eingesetzten Stoffe um ein Vielfaches übertrifft. Aufgrund ihrer rein anthropogenen Herkunft haben organische Spurenstoffe keine natürlichen Hintergrundkonzentrationen und sind daher bereits auf einem sehr geringen Konzentrationsniveau nutzbar. Im Gebiet der „Waldecker Scholle“ konnten sowohl die räumliche Verteilung organischer Spurenstoffe als auch deren saisonale Konzentrationsschwankungen in einem komplexen Grundwassersystem mit moderat verkarsteten Grundwasserleitern untersucht werden. Die auftretenden Stoffmuster reflektieren die hydrogeologischen Verhältnisse und können zur Lokalisierung von Quelleinzugsgebietsgrenzen genutzt werden. Weitere Hinweise liefern die organischen Spurenstoffe zur Identifikation von punktuellen Eintragsquellen und zur Ausbreitung der aus Punktquellen freigesetzten Stoffe im Grundwasserleiter sowie zum Attenuationspotential dieser Stoffe. Weiterhin kann die hydraulische Wirksamkeit von geringleitenden Zwischenschichten und Störungszonen mittels Identifikation einer Fließkomponente mit einer Verweilzeit von mehr als 20 Jahren abgeschätzt werden. Auch Annahmen hinsichtlich der Vulnerabilität lassen sich validieren. Der Vergleich mit dem hydrogeologisch gut untersuchten Einzugsgebiet der Gallusquelle, zeigt, dass Stoffgruppen wie Triazine und Triazole eine weite Verbreitung haben, andere Stoffe jedoch an bestimmte Gegebenheiten im Gebiet gebunden sind (beispielsweise Altablagerungen, Kanalsystem). Außerdem bestätigt sich in beiden Gebieten, dass das Auftreten von Stoffen sowohl von den Stoffeigenschaften als auch von den hydrogeologischen Eigenschaften abhängig ist. Das bedeutet, dass die Art der in einer Karstquelle auftretenden Stoffe selbst ohne aufwändige zeitlich hochaufgelöste Beprobung bereits Rückschlüsse auf Systemeigenschaften zulässt. Die vorliegende Arbeit zeigt somit, dass organische Spurenstoffe bereits auf der Untersuchungsebene des konzeptionellen Modells wertvolle Indikatoren zur Charakterisierung komplexer Grundwassersysteme sein können. Die große Menge an zur Verfügung stehenden Stoffen bietet die Möglichkeit, bestimmte Stoffe auszuwählen, die die jeweiligen Systemcharakteristika widerspiegeln. Mit organischen Spurenstoffen können sowohl Grundwasserkomponenten unterschiedlicher Verweilzeiten von wenigen Tagen bis zu mehreren Jahrzehnten identifiziert werden als auch räumliche Zusammenhänge von wenigen Metern bis über Einzugsgebietsgrenzen hinaus untersucht werden. Die Einbeziehung organischer Spurenstoffe in die Erkundungsstrategien komplexer Grundwassersysteme hat daher ein vielversprechendes zukunftsweisendes Potential. | de |
dc.language.iso | ger | de |
dc.language.iso | eng | |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ | |
dc.subject.ddc | 910 | de |
dc.subject.ddc | 550 | de |
dc.title | Organische Spurenstoffe als Indikatoren zur Charakterisierung komplexer Grundwassersysteme | de |
dc.title.alternative | Ansätze am Beispiel eines urban geprägten Karstgrundwasserleiters | de |
dc.type | doctoralThesis | de |
dc.title.translated | Organic micro-pollutants as indicators for the characterization of complex groundwater systems | de |
dc.contributor.referee | Licha, Tobias PD Dr. | |
dc.date.examination | 2014-10-24 | |
dc.description.abstracteng | Conventional hydrogeological methods (e.g. water level contour maps, hydrographs, pumping tests) can only provide limited information for the basic characterization of complex aquifers, namley catchment delineation, deriving groundwater flow directions or the assessment of vulnerability. Therefore, hydrochemical methods are additional applied in many studies. Conventional hydrochemical methods comprise analysis of the major ions, stable and reac-tive isotopes, environmental tracers, rare earth elements including Yttrium as well as the application of artificial tracer substances. However, the application of these methods is limited by geogenic or anthropogenic background concentrations which may inhibit the development of an adequate contrast. The catchments can only be indirectly delineated by these methods on the base of recharge volumes and the following estimation of the catchment size, because they rely only on the spring signal which integrates the response of the whole catchment. Consequently, for the localization of the catchment boundaries and deriving flow directions additional information are needed. An enormous spectrum of potential indicators is available by the anthropogenic production of organic compounds, exceeding the number of compounds of the conventional methods many times over. Due to their anthropogenic origin, organic compounds have no geogenic background. Therefore, they can be even used at very low concentrations. With the research, conducted in the study area „Waldecker Scholle“, the spatial distribution of organic micro-pollutants (OMPs) as well as the seasonal variation of their concentrations were investigated in a complex groundwater system with moderately karstified aquifers. Since, the hydrogeological properties are reflected by the patterns of seasonal and spatial distribution, OMPs can be applied for the localization of catchment boundaries. OMP point sources and their influence on the aquifer as well as the potential for attenuation of the released compounds are also indicated. Additional, the hydraulic properties of aquitards can be estimated by an identified flow component with a residence time of more than 20 years. Also, the vulnerability can be evaluated. By comparing the findings with the well investigated Gallusquelle catchment it is demonstrated that certain compound classes, such as triazines and triazoles exhibit a broad occurrence, while the occurrence of other compounds depends on the local conditions in the study areas (e.g. old waste disposals or the sewer system). Moreover, it was found that in both study areas the occurrence of compounds depends on the chemical and physical properties of the OMPs as well as on the hydrogeological properties. Consequently, the type of compounds occurring at a spring allows drawing conclusions regarding the hydrogeological properties of the catchment, even without conducting sampling campaigns with a high temporal resolution. The present dissertation, therefore, demonstrates that OMPs are valuable indicators, even on the study level of a conceptual model. The large number of available compounds offers the opportunity to select compounds that reflect the characteristics of the investigated system. With organic micro-pollutants both, water components with residence times of a few days up to several decades and spatial relationships of a few meters up to over the boundaries of a catchment area can be identified. The inclusion of organic micro-pollutants into investigation strategies of complex groundwater systems, therefore, has a promising forward-looking potential. | de |
dc.contributor.coReferee | Sauter, Martin Prof. Dr. | |
dc.title.alternativeTranslated | Approaches on the example of an urban characterized karst aquifer | |
dc.subject.ger | organische Spurenstoffe | de |
dc.subject.ger | Triazine | de |
dc.subject.ger | Triazole | de |
dc.subject.ger | Grundwasserqualität | de |
dc.subject.ger | Indikator | de |
dc.subject.ger | Karstgrundwasserleiter | de |
dc.subject.ger | Einzugsgebietsabgrenzung | de |
dc.subject.ger | Vulnerabilität | de |
dc.subject.ger | Punktquellen | de |
dc.subject.ger | konzeptionelles hydrogeologisches Modell | de |
dc.subject.eng | organic micro-pollutants | de |
dc.subject.eng | triazines | de |
dc.subject.eng | triazoles | de |
dc.subject.eng | groundwater quality | de |
dc.subject.eng | indicator | de |
dc.subject.eng | karst aquifer | de |
dc.subject.eng | catchment delineation | de |
dc.subject.eng | vulnerability | de |
dc.subject.eng | point sources | de |
dc.subject.eng | conceptional hydrogeological model | de |
dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-11858/00-1735-0000-0022-5DB3-3-0 | |
dc.affiliation.institute | Fakultät für Geowissenschaften und Geographie | de |
dc.subject.gokfull | Geologische Wissenschaften (PPN62504584X) | de |
dc.identifier.ppn | 817858040 |