Projekt 01685/01

Verfahren zur Erkundung von Grundwasserkontaminationen und Schadstofffrachten

Projektdurchführung

Plenum Ingenieurgesellschaftfür Planung Energie Umwelt mbH
Rantzaustr. 32
22041 Hamburg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Es sollte ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur tiefenabhängigen Erkundung von Grundwasserkontaminationen entwickelt werden. Grundwasserschadensfälle weisen aufgrund von Umfang und Eintragungsort, Stoffeigenschaften, Bodenaufbau sowie Transport- und Abbauverhalten jeweils ein spezifisches, zeitlich veränderliches Schadensbild auf. Aus Kostengründen unterbleibt häufig eine genaue Erkundung und Eingrenzung des Schadens, obwohl sie die Voraussetzung für eine effektive und kostengünstige Schadenssanierung ist.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Verfahren zur tiefenorientierten Untersuchung von Grundwasserleitern besteht aus 4 Teilschritten, die jeweils an die spezifischen Gegebenheiten angepaßt werden können. Es handelt sich um die Errichtung von Meßstellen, die Grundwasserprobennahme, die Analytik von Boden- und Grundwasserproben und die Messung der Vertikalströmung in Grundwassermeßstellen. Die einzelnen Verfahrensschritte sind so ausgelegt, daß Grundwassermeßstellen ab 2 bzw. NW 50 untersucht werden können. Die einzelnen Verfahrensschritte können auch einzeln an unterschiedliche Anforderungen angepaßt werden.
Es wurden kostengünstige Verfahren zur Errichtung von Grundwassermeßstellen erprobt, bei denen der Bodenaufbau möglichst wenig gestört wird. Die tiefenabhängige Probennahme erfolgt mit einem modifizierten Schöpfprobennehmer. Die Wasserproben werden mittels Gasdruck gefördert, welcher ein Ausgasen leicht flüchtiger Bestandteile verhindert. Mittels eines mobilen GC kann die Belastung von Boden- und Wasserproben mit leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffen Vor-Ort bestimmt werden. Die vertikale Schadstoffverteilung in einer Meßstelle ist somit wenige Stunden nach der Probennahme bekannt. Zur Bestimmung der vertikalen Strömung in Grundwassermeßstellen wurde eine spezielle Ultraschallsonde entwickelt. Sie erlaubt es, in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Meßstellen die Vertikalströmung mit einer Geschwindigkeitsauflösung von 0,01 - 0,1 mm/s zu bestimmen. Der vertikale Abstand der Meßgeber beträgt dabei 25 - 50 cm.


Ergebnisse und Diskussion

Soweit machbar, ermöglichen Rammkernsondierungen in Verbindung mit Rammfiltern eine zuverlässige und weitgehend ungestörte Erschließung eines Grundwasserleiters. Als sehr zweckmäßig und kostengünstig erweist sich eine kontinuierliche Beprobung und Headspaceanalytik des Bohrgutes, um die vertikale Verteilung der Bodenbelastung festzustellen. Auf die Verfilterung des Ringraumes sollte im Interesse einer Gewinnung von ungestörten Wasserproben möglichst verzichtet werden.
Die tiefenorientierte Entnahme von Wasserproben hat die in sie gesetzten Erwartungen erfüllt. Es wurde eine gute Übereinstimmung in der Belastung zwischen Bodenproben und Wasserproben die aus der in Ruhe befindlichen Meßstelle, stammen festgestellt. Diese Art der Probennahme führt zu minimalen Abwassermengen und verringert die Entsorgungskosten. Eine dynamische Beprobung - während eines Pumpversuchs - liefert in Verbindung mit einer tiefenabhängigen Zuflußmessung noch genauere Aussagen über die absolute Höhe der Belastung.
Die Vor-Ort-Analytik von Boden- und Wasserproben liefert wenige Stunden nach der Probennahme wichtige Erkenntnisse über die Schadensverteilung die es gestatten, den Ausbau der Meßstellen und das weitere Vorgehen festzulegen. Außerdem können wichtige Rückstellproben innerhalb eines Tages im Labor analysiert und so zuverlässig die absoluten Belastungen ermittelt werden. Werden zusätzlich auch Hilfsgrößen wie pH-Wert, Leitfähigkeit und Sauerstoffgehalt bestimmt, können auch biologische Abbauvorgänge gezielt betrachtet werden.
Es wurde das Anforderungsprofil für eine Vor-Ort-Analytik mit einem Gaschromatographen ermittelt. Dies betrifft die Betriebsdauer bei Batteriebetrieb, die zum Einsatz kommenden Säulen, die Analysentemperatur, die Probenaufgabe, die Detektoren, das Betriebssystem und die Datenausgabe.
Die Strömungsmessung mit der Ultraschallsonde erschließt auf einfache Weise Einblicke in die Grundwasserdynamik. Durch die Erweiterung des Meßbereiches um 2-3 Größenordnungen im Vergleich mit herkömmlichen Flow-Meter-Messungen, können bisher nicht untersuchte Transporteffekte in Grundwassermeßstellen nachgewiesen werden. Die statische Vertikalströmungsmessung liefert Hinweise auf die Verteilung der horizontalen Fließgeschwindigkeit. In Verbindung mit einem Pumpversuch erhält man auf einfache Weise die vertikale Verteilung der Durchlässigkeitsbeiwerte (kf-Werte). Diese sind für die Sanierungsplanung von großer Wichtigkeit.
Die Vertikalgeschwindigkeit wird mit einer Zeitauflösung von 10s registriert. So können dynamische Effekte, wie sie durch den Betrieb von Grundwasserentnahmen oder durch den Straßenverkehr entstehen, nachgewiesen werden. Außerdem ist es auch möglich, den Einfluß von Tiedeströmungen in Grundwasserleitern zu untersuchen.
Eine Überprüfung der Strömungsmessung mit einem Radioaktiven tracer-lock-Verfahren bei der GSF in München erbrachte eine gute Übereinstimmung zwischen beiden Meßmethoden. Die Methode ist gut geeignet dünne Bodenschichten mit einem hohen kf-Wert zu identifizieren. Die übliche Betrachtung von Mittelwerten beschreibt die realen Verhältnisse oft nur unzureichend.
Das Entwickelte Verfahren zur tiefenabhängigen Erkundung von Grundwasserleitern kann flexibel an die Fragestellungen angepaßt werden. Insbesondere kann zunächst häufig auf die Errichtung weiterer Meßstellen verzichtet werden, indem aus den vorhandenen Pegeln zusätzliche Informationen über die vertikale Verteilung von Schadstoffen gewonnen werden.


Fazit

Die tiefenabhängige Erkundung von Grundwasserleitern liefert wichtige Erkenntnisse über die Beschaffenheit von Grundwasserbelastungen. Die Verfahrensentwicklung erleichtert und verbilligt solche Erkundungsmaßnahmen. Die häufige Veränderung von Grundwassermeßstellen durch statische Vertikalströmungen erfordert ein neues Verständnis dieser Vorgänge und einen gezielten Umgang mit diesen Meßstellen. Die Messung von Vertikalströmungen im Bereich von 0,1 mm/s erschließt völlig neue Untersuchungsfelder im Bereich der Hydrogeologie und Ingenieurgeologie.