Wasserprobenahme und Messungen vor Ort

beobachtet (Drucksonden mit Datenerfassung oder Personal). Auch die Auswerteverfahren sind unterschiedlich. Zum Teil können mit einfachen Methoden aussagekräftige Ergebnisse erzielt werden. Einige Verfahren zeichnen sich durch kurze Versuchszeiten und relativ auf-wendige Auswertung aus (Slugtest, Drillstemtest). Bei der Einholung von Angeboten emp-fiehlt es sich, den Brunnenausbau und die Infrastruktur möglichst detailliert zu beschreiben.

Durchlässigkeitsbestimmungen über die Korngrößenverteilung oder Bestimmungen an der ungestörten Probe werden je nach Methode mit etwa 150 bis 450 DM berechnet. Unterschiede sind durch verschiedene zu untersuchende Materialien und damit die Versuchsdauer begrün-det (z. B. 2 bis 3 Wochen bei Ton für Abdichtungen).

Feldversuche und Modellrechnung

Mit der Hilfe von Grundwasserströmungsmodellen können bei Kenntnis der Aquifereigen-schaften unterschiedliche Sanierungsbedingungen simuliert werden. Diese Modelle werden mit den Ergebnissen aus Feldversuchen kalibriert. Erst der Informationsfluß zwischen dem Erkunder, dem Modellierer, dem Planer und der Behörde führt zur richtigen Positionierung von Brunnen und Beobachtungsstellen und zu optimierten hydraulischen Sanierungskonzep-ten.

Weiterführende Literatur

Übersichten zur Anwendung von Feld- und Labormethoden geben COLDEWEY und KRAHN (1991) sowie LFU (1991b). Mit hydraulischen Untersuchungen in Kluftgrundwas-serleitern und Einzelklüften oder Stofftransport befassen sich Karrenberg, 1981; STRAYLE, 1983; FRICK et al., 1991; HIMMELSBACH, 1983 oder NAGRA, 1992.

Durchlässigkeitsversuche mit Schadstoffen und Schadstoffgemischen beschreiben bereits SCHWILLE, 1971; SCHWILLE et al., 1984 ausführlich. Umfassende Untersuchungen zum Permeationsverhalten körniger Materialien und Foliendichtungen finden sich z. B. im Bericht der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Berlin (BAM, 1992). WALZENBACH, 1991 beschreibt z. B. durch Kohlenwasserstoffe bedingte Durchlässigkeitsveränderungen;

Versuche mit Ton und CKW-Lösungen beschreibt SCHMIDT, 1993.

Die (Grund-)Wasserbeprobung ist in DIN 38 402 T13, DIN EN 25 667, den DVWK-Regeln 128 (DVWK, 1992) und in DVGW, 1983b geregelt. Auch von der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) liegen Richtlinien und Empfehlungen vor (LAWA, 1987, 1990, 1992). In diesen Schriften finden sich auch umfangreiche Tabellen mit Hinweisen zur Konservierung, Behandlung und Lagerfähigkeit von Wasserproben. Die schnellstmögliche Untersuchung der Proben ist in den meisten Fällen angeraten, da Abbau, Ausgasung, Fällung oder Sorption zu Veränderungen der Beschaffenheit führen.

Das Labor gibt (in Abhängigkeit vom Analysenverfahren und der Haltbarkeit) Bedingungen zu Art, Menge, Aufbereitung, Konservierung und Transport der Proben vor. Anhand der zu untersuchenden Stoffe ist das Probenahmegerät (Materialien) festzulegen, und es sind in der Regel mehrere Wasserproben in unterschiedliche Gefäße abzufüllen. Vom gekühlten und dunklen Transport ist nur in wenigen Fällen abzusehen. Gegebenenfalls sind zur Entnahme, zur Aufbereitung und zum Transport der Proben besondere Arbeitsschutz- und Sicherheits-vorkehrungen zu treffen.

Der Filtration kommt bei der Probenahme besondere Bedeutung zu. Proben zur Schwermetall-und z. T. Kationenuntersuchung sind in Kunststoffflaschen zu füllen Schwermetall-und anzusäuern (pH 2), um Aus- und Mitfällungen zu verhindern. Zuvor müssen Schwebstoffe und Sediment entfernt werden (Filterporenweite 0,45 µm oder geringer). Im Gegensatz dazu würde die Filtration von Proben zur Untersuchung auf z. B. Mineralöl-KW oder LHKW eine ungewünschte Reduzie-rung der Schadstoffe bewirken.

Weitere Konservierungsmaßnahmen richten sich nach den einzelnen Inhaltsstoffen (Wasser-proben zur Hg-Bestimmung werden beispielsweise mit Ammoniak und Dichromat versetzt).

Vorschriften finden sich in den Regeln des DVWK-Regeln 128 (DVWK, 1992), in den Merk-blättern des DVWK (DVWK, 1982); in HÖLL, 1986; in DIN 38402 T13 und bei GUDER-NATSCH, 1983.

Messungen vor Ort

Immer wird der Aussagewert von Laboranalysen durch begleitende Direktmessungen erheb-lich gesteigert: pH nach DIN 38 404 T5, Elektrischen Leitfähigkeit (ELF) nach DIN 38 404 T8 (neu in DIN EN 25 667), die Bestimmung der Redox-Spannung (Redoxpotential, rH-Wert) nach DIN 38 404 T6 (siehe auch KÄSS, 1989) und O₂ nach DIN 38 408 T22. Die Temperatur kann im Bohrloch mittels kombinierter Lichtlot-T-Sonde oder im Förderstrom gemessen wer-den (LAWA, 1987). Durch die Verwendung motorbetriebener Tauchpumpen wird die Tempe-ratur der Wasserprobe um 0,5 bis 2 °C erhöht.

Beispiel für eine Vor-Ort-Schadstoffmessung ist das Feststellen der Schichtdicke einer Ölpha-se in einem Brunnen. Dies ist für den Betrieb von Förderbrunnen von Bedeutung, jedoch nicht übertragbar auf Ölschichtdicken im Aquifer (dazu: UMWELTBUNDESAMT, 1990).

Protokoll

Für die sachgemäße Probenahme muß immer ein Protokoll der Bedingungen angefertigt wer-den. Es enthält im besten Fall neben Datum, Zeit und einer Kennzeichnung:

• die genaue Lokalität und Beschreibung der Entnahmestelle,

• Angaben zur Lage der Bohrung im Aquifer und zu deren Lage in Bezug auf einen Schadensstandort/Grundwasserstrom,

• die genaue Entnahmeart, verwendetes Schlauchmaterial,

• Dauer der Probenahme, Entnahme, Tiefe und Förderleistung, die Zeit der Förderung und den Zeitpunkt der Probenahme,

• den Wasserstand (zu Beginn und Ende der Probenahme/Messung, mit Angabe der Meßkante) und die Tiefenangabe einer möglichen Verfüllung/Verschlammung,

• Angaben zu unvorhergesehenen Ereignissen, wie extremen Absenkungen durch die Probenahme oder dem Einfluß einer benachbarten hydraulischen Maßnahme, oder ei-nes Niederschlages,

• Angaben zu Geruch, Farbe, Trübe, Ausgasung und Auffälligkeiten,

• Angaben zu Art, Zahl und Kennung der Proben, sowie zu deren Aufbereitung (Filtrati-on, Konservierung),

• (mehrere) Angaben zu pH, ELF, T, O₂ während der Förderung, zumindest bei deren Beginn und Ende (O₂-Reaktionszeit des Meßgerätes beachten),

• Name und Zugehörigkeit des Probenehmers.

Allgemeine Beispiele, Einschränkungen und Grundsätze

• Förderraten, Entnahmemengen und Eintauchtiefe der Pumpe sind von der Standortcha-rakteristik, dem Ausbau und der Fragestellung (Schadstoffeigenschaften) bestimmt. Die Förderung des 3fachen Bohrlochvolumens oder die Förderung bis zur Konstanz von ELF, O₂ oder pH-Wert sind Beispiele für Probenahmekriterien, die dann herangezogen werden, wenn keine anderen/besseren Kriterien maßgeblich sind.

• Kunststoff-Pumpenschläuche sorbieren (vorwiegend organische) Stoffe. Ihre Verwen-dung führt (besonders bei LHKW) zu Verschleppungen oder Verfälschungen (DRE-HER, 1991). Es wird empfohlen, Leitungen aus Metall oder Teflon zu verwenden, oder von der Wasserförderung unabhängige Schöpfproben zu entnehmen.

• Druckentlastung bei der Förderung von Probenwasser aus größeren Tiefen führt zu ver-stärkter Ausgasung während des Abfüllens.

• Tauchpumpen zur Probenahme sollten im Bohrloch deutlich tiefer gehängt werden als der (sich durch die Entnahme senkende) Wasserspiegel. Turbulenzen, Luftblasen und freie Oberflächen im Brunnen oder im Meßgefäß führen zu Veränderungen des Was-sers (z. B. Ausgasung von LHKW und CO₂, Eintrag von O₂).

• Die Qualität einer Probe kann von der Fördermenge, der Durchlässigkeit und der Ver-filterung beeinflußt werden (Beispiele in Abb. 2.5-2).

• Die korrekte "horizontierte" Entnahme einer Wasserprobe ist nur mit erhöhtem techni-schem Aufwand sinnvoll und möglich. Trotz Mehrfachpackersystem kommt es in ver-filtert ausgebauten Brunnen zur Strömung durch den Filterkies. BARCZEWSKI et al.

(1992) beschreiben ausführlich die Problematik bei zuflußgewichteter Probenahme bzw. den Einsatz ihres Mehrfachpackersystems sowie die dabei beobachteten Strömun-gen. Die Qualität der geförderten Wasserprobe wird dabei nur über eine geeignete (gleichzeitige) Schutzförderung gewährleistet.

• Bei anaeroben Wässern sind besondere Entnahme- und Konservierungsmaßnahmen ge-boten.

• Pumpversuche bei Schadensfällen zur Ermittlung der hydraulischen Parameter sollten zur Entnahme mehrerer Proben genutzt werden. Zumindest T, pH-Wert, ELF und O₂ können begleitend gemessen und dokumentiert werden.

• Sicherheitsvorkehrungen sind bei der Vorbereitung der Probenahme zu treffen.

• Mineralöl und spezifisch leichte, mit Wasser nicht mischbare Stoffe bilden in vielen Fällen auf der Grundwasseroberfläche nur dünne Filme. In Bohrlöchern und Probe-nahmestellen kommt es jedoch zur Ansammlung, eine größere Schichtdicke wird vor-getäuscht. Es kann auch zur Schadstoffanreicherung auf dem Kapillarsaum kommen und nur geringe Mengen leichter KW gelangen in den Förderbrunnen (besonders wenn die Oberkante der Filterstrecke unter dem Wasserspiegel liegt).

• LHKW und andere Schadstoffe sind als (gegebenenfalls auftretende) Schadstoff-Reinphase im Vergleich zu Ölen optisch nur schwer zu erkennen (geeignete Beruhi-gungsgefäße, Geruch, Arbeitsschutzmaßnahmen!).

Abb. 2.5-2 Qualität einer Wasserprobe (nach NIELSEN, 1991)

Aufwand und Kosten

Realistische Kosten lassen sich hier nur über die Aufgliederung in Einzelleistungen bestim-men. Dies sind Personal, Materialaufwand (z. B. Pumpen, Zwischenreinigung oder Material-wechsel zum Verhindern von Verschleppungen usw.). Im allgemeinen ist die Probenahme nach Aufwand zu berechnen. Bei der Analytik werden für Routinemessungen relativ eng kal-kulierte Festpreise angeboten. Nur große Probenzahlen oder der Verzicht auf Genauigkeit (wenn alternative Untersuchungsmethoden zur Auswahl stehen) erlauben Kostensenkungen.

Vor Ort Messungen sind zwar über Personalaufwand und z. B. einen Meßwagen anfangs teu-er, rechnen sich jedoch bald über hohe Probendurchsätze und vor allem durch die Möglich-keit, schnelle Entscheidungen treffen zu können. Begleitende Messungen der physikalischen Wasserparameter bei Pumpversuchen sind kostengünstig und können z. T. schnell sehr wert-volle Informationen liefern. Immer ist eine Optimierung zwischen Probenzahl, Meßgenauig-keit und Zeit bis zum Vorliegen der Ergebnisse zu finden.

Bestimmte Messungen oder Analysenverfahren zeichnen sich durch den Bedarf nach einer besonderen Technik zur Probenahme, zur Aufbereitung oder zum Transport aus. Nur durch die richtige Vorbereitung ist der folgende Analysenaufwand zu rechtfertigen.