Alles ist im Fluss – Mitnichten ist dies im Grundwasser der Fall

Grundwasser strömt praktisch niemals gleichförmig im Untergrund. Zum Leidwesen der Hydrogeologen erfolgt dies (fast) immer entlang bevorzugter Wege. Kennt man diese präferenziellen Fliesspfade nicht, so kann es zu bösen Überraschungen und kostspieligen Fehlplanungen kommen. Um dies zu vermeiden, setzen wir mit der Grundfluoreszenzanalyse (Background Fluorescence Analysis = BFA) eine ebenso neue wie einfache und kostengünstige Technologie ein. Die BFA versetzt uns in die Lage, die präferentiellen Grundwasserfliesswege zu verstehen. Zahlreiche Projekte mit jahrelanger Sanierungsgeschichte konnten mit dieser Methode entscheidend voran gebracht werden.

Ein immer wieder vorkommendes „Missverständnis“ begleitet den Alltag von Hydrogeologen: Grundwasser bewegt sich in einer homogenen und gleichförmigen Strömungsfront durch den Untergrund. Jahrzehntelange Erfahrungen im Umgang mit künstlichen und natürlichen Markierungsstoffen (Tracern) haben nicht nur unseren Fachleuten gezeigt, dass diese modellhafte Vorstellung in der Realität praktisch nie vorkommt. Eher das Gegenteil ist der Fall: Ein Grossteil des Grundwasservolumenstroms und damit auch der Transport von gelösten Stoffen erfolgt überwiegend entlang bevorzugter Fliesswege (sog. preferential ground water flowpaths). Ursache hierfür sind Inhomogenitäten des Grundwasserleiters.

Seit 10 Jahren wenden wir das Grundfluoreszenztracing an. Das Ziel ist fast immer das gleiche – das Verstehen der Fliesswege des Grundwassers und damit auch der gelösten Fracht. Dies ist mit traditionellen Methoden (Grundwasserchemismus, Zugabe künstlicher Tracer, Modellierungen etc.) aufwändig und schwierig. In der Regel basiert die Ermittlung der Grundwasserfliessrichtung auf der Interpolation zwischen Grundwassermessstellen. Die Fliessgeschwindigkeit wird mit Strömungs-gleichungen ermittelt, die für homogene und isotrope Verhältnisse entwickelt worden sind. Da Grundwasserleiter selten homogen und isotrop sind, kommt es trotz Expertenwissen zu ungenauen Abschätzungen der Grundwasserströmungsverhältnisse mit dementsprechenden Konsequenzen. Auch mit Hilfe von Grundwassermodellen lassen sich bevorzugte Fliesswege nicht erfassen.

Wie funktioniert die BFA und was kommt dabei heraus?

Die Background Fluorescence Analysis (BFA) Technik basiert auf der Fluoreszenzeigenschaft der meisten organischen Stoffe. Das bedeutet, sie emittieren Licht bestimmter Wellenlänge, wenn man sie zuvor mit ihrer charakteristischen Absorptionswellenlänge anregt. Nano Trace TechnologiesTM hat diese Eigenschaften vor Jahren erkannt und sich zu Nutze gemacht. Im Rahmen der Dissertation hat Dr. Martin Otz das hier vorgestellte Verfahren der Grundfluoreszenzanalyse entwickelt. Das Verfahren ist grundsätzlich an allen Standorten einsetzbar, insbesondere auch an Standorten mit organischer Belastungen.

Die BFA ist eine schnelle und kostengünstige Fingerprint-Analyse zur qualitativen Unterscheidung von verschiedenartig belasteten, als auch unbelasteten Gewässern und Grundwasser. Die Fingerprint-Analyse erlaubt, bevorzugte Grundwasserfliesswege zu ermitteln und zeigt auf, welche Bereiche oder Grundwassermessstellen im Untersuchungsgebiet hydraulisch miteinander in Verbindung stehen. Sie liefert gleichermassen Hinweise zur Lage von organischen Schadstoffquellen. Alles was dazu notwendig ist sind zwei 40 ml Wasserproben pro Entnahmestelle. Die Wasserproben müssen nicht konserviert, sollten aber vor Sonnenlicht geschützt werden.