Interaktionen zwischen Oberflächenwasser und Grundwasser entlang von Bundeswasserstraßen am Beispiel der Mosel – Prozessverständnis und Tracertechniken

Abstract

Wasserbauliche Maßnahmen (z. B. Schleusen) verändern die hydraulischen Randbedingungen an Flüssen und damit auch die Interaktion zwischen Oberflächenwasser (OW) und Grundwasser (GW). Die Auswirkungen solcher Veränderungen sowie deren Relevanz für den Stoffhaushalt sind vor allem in Bezug auf größere, anthropogen veränderte Flussläufe bislang kaum untersucht. Ziel des OGIMo- Projektes war es, das derzeitige Wissen über die Wechselwirkungen zwischen OW und GW an BWaStr zu vertiefen. Hierfür wurden einerseits großmaßstäbliche Untersuchungen entlang des deut- schen Teils der staugeregelten Mosel (insg. 242 km) durchgeführt sowie andrerseits Detailuntersu- chungen an der Staustufe Lehmen (Mosel-km 20,8). Neben dem OW-bürtigen Tritium als Tracer für einen OW-Zustrom ins GW und dem GW-bürtigen Radon als Tracer für einen GW-Zustrom zum OW wurden auch stabile Isotope sowie organische Spurenstoffe und deren Transformationsprodukte (TPs) als im System vorhandene OW-GW-Tracer verwendet. Die Auswertung der Konzentrationen von Radon im OW sowie von Tritium im GW zeigte sich als grundsätzlich geeignet, OW-GW-Interaktionszonen großmaßstäblich zu identifizieren. Allgemein kann geschlussfolgert werden, dass die Zonen erhöhten GW-Eintrages ins OW neben den grundsätzlich steuernden hydraulischen Randbedingungen an geologische Haupteinheiten sowie an Störungszonen geknüpft sind. GWM mit relevanter OW-GW-Interaktion konnten daneben nur im Bereich der Stau- stufe Lehmen identifiziert werden (s. u.). Modellsimulationen mit FINIFLUX (Modell zur quantitativen Analyse von GW-Einträgen in das OW, Universität Bayreuth) auf Grundlage der Radonkonzentratio- nen zeigen einen GW-Anteil am Moselwasser von etwa 1 %, wobei die Quantifizierung des Grund- wasserzustroms zur Mosel mit einem großen Fehler behaftet ist, da sich unterschiedliche methodi- sche Limitierungen addieren (u. a. u. a. statische Probennahmetiefe in der Mosel). Dass der künstlich erzeugte Gradient zwischen Oberwasser und Unterwasser zu einer verstärkten In- teraktion zwischen OW und GW führt – mit influenten Bedingungen im Oberwasser und effluenten Be- dingungen im Unterwasser – konnte mit Tritium an der Staustufe Lehmen nachgewiesen und mit Hilfe der Auswertungen organischer Spurenstoffkonzentrationen im GW untermauert werden. Für den Standort Lehmen ergab sich ein OW-Anteil von minimal 10 bis maximal 100%. Die erhobenen Daten legen dabei nahe, dass der Zustrom von OW ins GW diffus im Oberwasser der Staustufe erfolgt und das infiltrierte Wasser längere Zeit uferparallel Richtung Unterwasser der Staustufe strömt. Influente Bedingungen konnten in OGIMo durch den eindeutigen OW-Tracer Tritium nachgewiesen werden. Die hohen Konzentrationen zahlreicher typischer abwasserbürtiger Spurenstoffe wie Carbamazepin, Tramadol und Sucralose im GW vom Detailstandort Lehmen belegen konsistent zu den Tritiumergebnissen die dortigen influenten Verhältnisse. Die Eignung dieser Stoffe zur eindeuti- gen Identifizierung des Grundwasserzustroms ist jedoch durch die Möglichkeit des (zusätzlichen) Ein- trags über z. B. Leckagen von Abwasserleitungen begrenzt. Die Untersuchung der Verhältnisse von Tramadol und dessen TPs am Detailstandort Lehmen hat da- neben gezeigt, dass die Analyse von organischen Spurenstoffen, deren Abbauverhalten bekannt ist, wertvolle Zusatzinformationen zu Abbauprozessen und Milieubedingungen liefern können. Ein großes Potential in dieser Hinsicht hat die Analyse chiraler Substanzen, da im Falle eines enantioselektiven Abbaus, durch die Bestimmung der Enantiomerenverhältnisse eindeutig biologische Abbauprozesse unabhängig von einer Verdünnung identifiziert werden können.