Fachinformation des LUGV Brandenburg, Nr. 18 Anhang 4.2.5; Blatt 1 - 5
Typenblatt
Bodenwasserprobennahme - kapillardruckgesteuerte Probenahme
Schematisierte Darstellung einer Kapillardruck (prel. )-Wassergehalts (w)-Funktion mit Restwassergehalt (wr) und den Druckbereichen <a: für die Entnahme des mobilen Bodenwasseranteils, <b: für die Entnahme des mobilen und vorrangig immobilen Bodenwasseran-teils (Mischwasserprobe) und a bis b: Bodenwasser-probe aus dem vorrangig immobilen Bodenwasserbe-reich
Schematisiert dargestelltes Druck-Zeit-Diagramm für einen offenen Bodenwassersammler, bei dem der geplante Entnahmedruck ständig angelegt wird und nur dann eine Bodenwasserprobe entnommen wird, wenn der mittels Tensiometer gemessene Druck zwi-schen a und b liegt, Kurve 1: zeitlicher Verlauf des Drucks im Sammelbehältern und die Kurve 2: im Ten-siometer gemessenen Druckverlauf. Die Entnahme-phasen sind mit „EP“ gekennzeichnet
Verfahrensgrundsätze
Auch bei einer kapillardruckgesteuerten Boden-wasserprobennahme ist zuerst festzulegen, wel-cher Bereich des Bodenwassers (mobiles Bo-denwasser, d.h. Sickerwasser oder der mehr immobile Bodenwasseranteil) beprobt werden soll. Dies erfolgt auf der Grundlage einer im La-bor ermittelten Saugspannungs-Wassergehalts-Funktion, auch als pF-Kurve oder Kapillardruck-Wassergehalts-Funktion bezeichnet (s. obere Abbildung, links).
Eine kapillardruckgesteuerte Bodenwasserpro-bennahme ermöglicht eine selektive Entnahme von Bodenwasserproben aus dem mobilen Bo-denwasserbereich (Sickerwasser), dem vorrangig immobilen Bodenwasserbereich oder weiterer Teilbereichen. Die linke untere Abbildung zeigt das schematisiert dargestellte Druck-Zeit-Diagramm für einen Bodenwassersammler, bei dem der geplante Entnahmedruck ständig ange-legt wird und nur dann eine Bodenwasserprobe entnommen wird, wenn der mittels Tensiometer gemessene Druck zwischen a und b liegt. Dies erfolgt durch Steuerung des Entnahmedrucks.
Anwendungsgebiet
⇒ Sickerwasserprobenahme in Kombination mit Tensiometermessungen Anwendungsgrenzen
⇒ eine Kapillardrucksteuerung gewährleistet gleiche Probennahmebedingungen
⇒ geeignet für eine prozessbezogene Auswertung von Stoffkonzentrationen im Bodenwasser und zur Erstellung von Prognosemodellen
⇒ geeignet für Stoffkonzentrationen >1 mg/l, in Spurenbereichen nur bedingt geeignet
⇒ der Einsatz in Böden mit stark lateraler Wasserbewegung ist unzweckmäßig
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Entwicklungs- und Erfahrungsstand
Mit einer kapillardruckgesteuerten Bodenwasserprobennahme ist es möglich, bei der Probennahme auch die Bindungsform des Wassers im Boden zu berücksichtigen. Diese Aufgabe kann z.B. dadurch gelöst werden, dass insbesondere während der Probenahme der Druckverlauf in einem Tensiometer, dass außerhalb des Einflussbereiches des Bodenwassersammlers (Saugkerzensystem) installiert wurde, gemessen und dieser Druck im Vergleich zu dem im Sammelbehälter gemessenen Druck ausgewertet wird. Durch dieses Verfahren kann die entnommene Probe eindeutig einer bestimmten Bindungsform des Wassers im Boden zugeordnet werden bzw. wird gesichert, dass die Probe nur aus dem gewünschten Bodenwasserbereich entnommen wird.
Die sich aus einer kapillardruckgesteuerten und ungesteuerten Bodenwasserprobennahme ergeben-den Konzentrationsunterschiede werergeben-den in ergeben-den nachfolgenergeben-den Abbildungen erläutert (LUCKNER u.a., 1989). In dem Beispiel wird ein vertikal eingebautes Sickerwasserprobennahmesystem (SGM) mit einem horizontal installierten Sickerwasserprobennahmesystem (Messschacht) verglichen, deren Keramikkerzen in den gleichen Teufen installiert wurden. Verwendet wurde bei beiden Probennah-mesystemen Keramikkerzen der Fa. Soilmoisture Equipment Corp. Typ High Flow mit einem Außen-durchmesser von ca. 50 mm, einer Länge von ca. 60 mm, einer Wandungsstärke von ca. 2,5 mm und einem Lufteintrittspunkt von ca. 1 Bar. Die Probennahmen erfolgten unterhalb eines Rieselfeldes, das mit Klarwasser betrieben wurde.
Aus dem Vergleich der beiden Abbildungen, wird sowohl der Einfluss der Kapillardruck gesteuerten Bodenwasserprobennahme auf die in der Wasserproben analysierte Stoffkonzentration, als auch die Vergleichbarkeit der mittel horizontal und vertikal installierten Bodenwassersammelsystemen erziel-baren Ergebnisse deutlich. Damit wird nachdrücklich die Bedeutung des Einsatzes der Kapillardruck gesteuerten Bodenwasserprobennahme für eine Erzielung belastbarer und repräsentativer Boden-wasserüberwachungsdaten, wie sie vor allem im Rahmen der Sickerwasserprognose erforderlich ist, untersetzt.
(Quelle: Patentschrift DD 294 616 A7 „Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung der Fluidprobennahme“)
Tagesleistung
⇒ entfällt
Abb. 1: Vergleich der in den Bodenwasserpro-ben analysierten Nitratkonzentrationen als Funktion der Zeit zwischen dem ho-rizontal installierten und kapillardruck-gesteuert betriebenen Bodenwasser-sammler „Messschacht“ mit einem ver-tikal installierten und ungesteuert be-triebenen Bodenwassersammler „SGM“
(LUCKNER u.a., 1989)
Abb. 2: Vergleich der in den Bodenwasserpro-ben analysierten Nitratkonzentrationen als Funktion der Zeit zwischen dem ho-rizontal installierten und kapillardruck-gesteuert betriebenen Bodenwasser-sammler „Messschacht“ mit einem ver-tikal installierten und ebenfalls kapillar-druckgesteuert betriebenen Boden-wassersammler „SGM“ (LUCKNER u.a., 1989)
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Erforderliche Verfahrenskombinationen in Abhängigkeit der Zielstellung
⇒ wichtige Randbedingungen wie Temperatur, Strahlungsverhältnisse, Niederschlagsmenge sowie Niederschlagsverteilung sind möglichst als konkrete Messungen an Ort und Stelle, zur Abschät-zung der Infiltrationsraten zu ermitteln
⇒ die kontinuierliche Messung und Auswertung des aktuellen Kapillardruckes ist grundsätzliche Voraussetzung
⇒ grundsätzlich werden Zweikammer-Saugkerzensysteme benötigt, bei denen eine hydraulische Entkopplung des Bodenwassersammelgefäßes von der Saugkerze für den Fall erfolgt, wenn der Kapillardruck kleiner als der Entnahmedruck ist und somit das gesammelte Bodenwasser vom Boden zurückgesaugt wird
⇒ es wird weiterhin eine Entnahmedrucksteuereinheit benötigt
⇒ Bestätigung der Messwerte durch Laboruntersuchungen/Elutionsversuche
⇒ Probenahme in Kombination mit Regenmesser, Bodenfeuchte- und Bodenluftmessstellenauf-zeichnungen
Fehlerquellen)
⇒ mangelhafte Formulierung der Zielstellung – keine Festlegung zu dem zu verwendenden Ent-nahmedruck bzw. EntEnt-nahmedruckbereich
⇒ fehlende bzw. mangelhafte Leistungsbeschreibungen mit Leistungsverzeichnis, einschließlich der darin zu fixierenden messstellenspezifischen Vorgaben für den Einbau, den Betrieb sowie Prüfkri-terien für die Abnahme der Leistungen sowie Angaben, was eintritt, wenn die PrüfkriPrüfkri-terien nicht erfüllt werden
⇒ mangelhafter Einbau
⇒ keine Vor-Ort-Kontrolle der auszuführenden Leistungen durch den Auftraggeber bzw. eines von ihm beauftragten Dritten
⇒ keine bodenspezifische Festlegung des Bodenwasserentnahmedruckes
⇒ mangelhafte Dokumentation der Bodenwasserprobennahme
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Fehlerquellen
⇒ Systembedingt:
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⇒ Handhabungsbedingt:
Qualitätskontrolle
⇒ Reinigungsverfahren und Anwendungsvorgaben zum Einbau/Probenförderung/Lagerung ent-sprechend DVWK-Merkblatt 217 und LMBV-Merkblatt 11/2007.
Literaturhinweise/Links
⇒ DVWK (1990): Gewinnung von Bodenwasserproben mit Hilfe der Saugkerzen-Methode, DVWK-Merkblatt 217, Verlag Paul Parey, Hamburg.
⇒ LMBV (2007): Merkblatt Montanhydrologisches Monitoring in der LMBV mbH, 30.11.2007
⇒ LUA (2004): Altlastenbearbeitung im Land Brandenburg: Nationale und internationale Sachstandsrecherche: Praxiserprobte und innovative Direkt/in-situ Probenahmeverfahren für Grund-, Sickerwasser und Bodenluft im Rahmen der Altlastenbearbeitung, Fachinformation des Landesumweltamtes Band 4.
⇒ Luckner, L., Nitsche, C., Eichhorn, D. (1992): Das SGM-System, eine neue Technik und Techno-logie zur Boden- und Grundwasserüberwachung in Deutschland; Die Geowissenschaften, 10.
Jahrgang, 1992/ Nr.2
⇒ Luckner, L., Nestler, W., Nitsche, C., Altmann, H.-J., Rohrbach, L. (1989): Teufengerechte Was-serdruckmessung und repräsentative Wasserprobenahme mit neuer Technik; bbr 5/ 1989
⇒ LfULG (2004): Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie: Materialien-band zur Altlastenbehandlung: “Laborative Untersuchungen zur Sickerwasserprognose im Rah-men der Detailerkundung“
⇒ Patentschrift DD 294 616 A7 „Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung der Fluidprobennahme“, 10.10.1991
⇒ Jenn, F.; Kast, G.; Michel, R.; Nitsche, C.; Voigt, H.-J. (2007): Vergleichende Analyse von Bepro-bungsverfahren zur Bewertung des Stofftransportes in der Versickerungszone, Endbericht 2007
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