QUELLE: CETRAHE, BRGM, 2019.
Künstliche Verfolgung in der Hydrogeologie: Beste Praktiken.
Informationssystem zur Grundwasserverwaltung im Centre-Val de Loire, online veröffentlicht im Januar 2019.
https://sigescen.brgm.fr/Tracages-artificiels-en-hydrogeologie-les-bonnes-pratiques.html
VOR DURCHFÜHRUNG EINER VERFOLGUNG SIND VORBREITENDE SCHRITTE NOTWENDIG:
Der erste Schritt besteht darin, die Ziele der Verfolgung klar zu definieren: Verfolgung zur Erkennung unterirdischer Strömungen, Simulation des Transfers von Schadstoffen, Aquifer-Charakterisierungstests mit der Bestimmung hydrodispersiver Parameter (Strömungsgeschwindigkeit, kinematische Porosität, Dispersivität) usw. Dieser Schritt ist sehr wichtig, da die strategischen Entscheidungen, die später getroffen werden, einen Kompromiss zwischen den Zielen und den Kosten darstellen werden.
Der zweite Schritt beinhaltet das Sammeln so vieler vorhandener Informationen wie möglich, sowie Dokumentationen über frühere Verfolgungen (siehe dedizierten Artikel zum regionalen Inventar). Die gesammelten Informationen sollten alle geografischen, topografischen, geologischen, hydrogeologischen und anthropischen Daten (Wassernutzungen, Brunnen usw.) umfassen. Was frühere Verfolgungen betrifft, selbst wenn sie den heutigen Bewertungskriterien nicht mit zufriedenstellender Zuverlässigkeit entsprechen, werden sie reich an Informationen sein und sehr nützlich sein, um bestimmten Fallstricken aus dem Weg zu gehen.
Der dritte Schritt ist die Geländeerkundung, wo die Verfolgung durchgeführt wird. Dies beinhaltet die Lokalisierung potenzieller Injektionspunkte (direkter Zugang oder durch eine ungesättigte Zone, Absorptionskapazität, Möglichkeiten zur Beladung und Überlauf, Spülnotwendigkeit, Zugänglichkeit insbesondere für Fahrzeuge, die Wasser für das Spülen transportieren, usw.) und potenzieller Austrittspunkte (Brunnen, nicht erfasste Quellen, Oberflächenwasserabläufe, Betrieb, Zugänglichkeit, mögliche Durchflussmessung usw.). Am Ende dieses Besuchs ist es wichtig, die Durchführbarkeit der Implementierung verschiedener Überwachungseinrichtungen (manuelle Probenahme, automatische Probenahmevorrichtung, Fluorimeterinstallation, Aktivkohle-Detektoranbringung, Einfluss von Pumpregimen, Einfluss von Chlorierung usw.) zu bewerten und hydrologische Bedingungen vorherzusehen, die unterschiedlich sein können (und variabel) während des Tests.
NACH DEM DURCHFÜHREN DIESER SCHRITTE KANN MIT DER DIMENSIONIERUNG DER VERFOLGUNG FORTGEFAHREN WERDEN.
Einzelverfolgung oder Multi-Verfolgung? Bei der Multi-Verfolgung werden gleichzeitig verschiedene Tracer an mehreren Injektionspunkten eingespritzt. Dies ermöglicht die Beantwortung mehrerer Fragen gleichzeitig, reduziert die Kosten und spart erheblich Zeit. Allerdings erfordert dies eine kluge Wahl der verwendeten Tracer, die im Kontext ausreichend konservativ sein sollten und keine analytischen Interferenzen untereinander aufweisen dürfen.
HINWEIS
ES WIRD EMPFOHLEN, MULTI-VERFOLGUNGEN MIT MEHR ALS 3 BIS 4 TRACERN ZU VERMEIDEN, DA DIES DAZU FÜHREN KANN, WENIGER EFFEKTIVE TRACER ZU VERWENDEN UND VERWIRRUNG BEI DER ÜBERWACHUNG UND INTERPRETATION DER WIEDERHERSTELLUNGSKURVE(N) ZU VERURSACHEN.
Die Wahl des oder der Tracer ist besonders wichtig für die Dimensionierung von Multi-Verfolgungen, da sie das Endergebnis anhand ihrer Leistung bestimmt und auch andere strategische Entscheidungen beeinflusst (Injektionsmenge und Überwachungstypen). Ein gutes Verständnis der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Tracer sowie ihres Verhaltens in der relevanten Umgebung hilft dabei, den Tracer besser an den geologischen, physikalischen und hydrologischen Kontext anzupassen.
Die Menge des einzuspritzenden Tracers ist immer eine heikle Frage.PEs gibt mehrere Formeln, aber sie setzen eine vorherige Kenntnis des Mediums und der darstellenden Parameter voraus. Idealerweise würde eine vorherige Verfolgung in einem ähnlichen Kontext die beste Richtlinie bieten. Die Software TRAC (kostenlos) in ihrem Abschnitt "Simulation" ermöglicht Schätzungen, indem die für den hydrogeologischen Kontext am besten geeignete analytische Lösung ausgewählt wird, die am besten dem Transit des Tracers im gewählten Verfolgungssystem entspricht.
In der Praxis wird die Menge aufgrund von Expertenurteilen geschätzt und unter Berücksichtigung des hydrogeologischen Kontexts entschieden. Zwischen Empirismus, Intuition und Erfahrung müssen zur Beantwortung der Frage zwei entscheidende Elemente berücksichtigt werden: die Verdünnung, die der Tracer voraussichtlich erleiden wird, oft über die Entfernung angenähert, die analytische Leistung des Tracers und die Überwachungsmethoden.
HINWEIS
DIE VERFOLGUNG KANN KEINE INFORMATIONEN ÜBER DAS GESAMTE HYDROLOGISCHE ODER HYDROGEOLOGISCHE SYSTEM LIEFERN. DIE ERGEBNISSE GELTEN NUR FÜR DEN GETESTETEN TEIL. UM AUF EINEN ANDEREN TEIL DES GRUNDWASSERLEITERS ZU EXTRAPOLIEREN, MUSS DIE HOMOGENITÄT DES MEDIUMS SICHER SEIN.
Beste Praktiken sehen vor, vor der Durchführung der Verfolgungsoperation Informationen an Behörden (regionale Abteilungen, Strafverfolgungsbehörden usw.) und Bewohner (örtliche Regierung) zu übermitteln. Dies hilft, Bedenken und Warnungen im Zusammenhang mit Verfärbungen des Wassers zu vermeiden, insbesondere im Falle von fluoreszierenden oder gefärbten Tracern. Vor jeder Injektion ist es notwendig, Wasserproben als Kontrollproben zu entnehmen. Wenn das Protokoll den Einsatz von Aktivkohledetektoren vorsieht, ist es auch wichtig, die Eintauchung von "Kontroll"-Fluocapteurs mit einer geeigneten Frequenz zu planen. Für Erkundungsverfolgungen ist es ratsam, sie während Perioden hoher Wasserstände durchzuführen, da dies aufgrund schnellerer Strömungen in der Regel günstigere Bedingungen bietet und vorzugsweise auf eine Rezessionsperiode abzielt. Es wird empfohlen, Simulationsverfolgungen unter kontrastierenden hydrologischen Bedingungen (niedrige und hohe Wasserstände) durchzuführen, da die erhaltenen Ergebnisse erheblich variieren können.
ÜBERWACHUNGS- UND ANALYSEMODUS
Während einer Tracing-Operation ist die analytische Komponente von großer Bedeutung. Eine zuverlässige Interpretation kann nur aus Ergebnissen abgeleitet werden, die auf rigoros kontrollierten Messungen und analytischer Argumentation beruhen.
DER ÜBERWACHUNGS- UND ANALYSEMODUS HÄNGT VON MEHREREN FAKTOREN AB :
• Art der überwachten Wasserstelle(n): Quelle, Brunnen, Bohrloch, Fluss usw.;
• Möglichkeiten zur Installation von Ausrüstung: verfügbarer Platz, Sicherheit, Stromversorgung, Zugang usw.;
• Verfügbares Budget.
Die zuverlässigste Methode zur Überwachung und Analyse ist die Wasserprobenentnahme mit anschließender Laboranalyse. Laborgeräte ermöglichen heute die Detektion von Substanzen in sehr niedrigen Konzentrationen. Für fluoreszierende Tracer können Laborspektrofluorimeter (direkte Messung der Fluoreszenz) sehr niedrige Nachweisgrenzen erreichen, im Bereich von 0.001 µg/L für Uranin. Die spektrale Analyse durch ein Spektrofluorimeter ist ein unverzichtbares diagnostisches Werkzeug zur Erkennung und Interpretation einer Verfolgung, insbesondere da die Injektionsmengen immer kleiner werden, um unterhalb der Sichtbarkeitsschwelle an den Wiederherstellungspunkten zu bleiben.
SPEKTROFLUORIMETER (QUELLE: CETRAHE)
Auch Feldinstrumente für In-situ-Messungen tragen zur Verbesserung der Verfolgung von Tracern bei.. Immer ausgefeiltere Instrumente stehen zur Verfügung: Feldfluorimeter, spezifische Elektroden, empfindliche Leitfähigkeitsmesser usw.Für fluoreszierende Tracer kann die Verwendung eines Feldfluorimeters sehr nützlich sein.Diese Geräte sind einfach zu bedienen und liefern nahezu Echtzeit-Ergebnisse, selbst im Fall von Multi-Verfolgungen. Es wird jedoch empfohlen, sie nicht als alleiniges Überwachungsgerät zu verwenden, insbesondere bei Multi-Verfolgungen. Natürliche Schwankungen der Wasserfluoreszenz sowie Interferenzen zwischen Tracern können fälschlicherweise als Wiederherstellungen interpretiert werden.
Daher wird empfohlen, diese Überwachung mit Probenahmen, sei es automatisch oder manuell, zu kombinieren, um die Anwesenheit oder Abwesenheit des Tracers durch spektrale Analyse im Labor zu überprüfen.Hinsichtlich der gelegentlich für fluoreszierende Tracer verwendeten Aktivkohle-Detektoren (Fluocapteurs) sollten sie als letzter Ausweg eingesetzt werden, wenn die Feldbedingungen keine andere Detektionsmethode zulassen. Sie können auch als sekundäre Detektionsmethode verwendet werden, um die räumliche Überwachung im Rahmen von Erkundungsverfolgungen für sekundäre Punkte zu erweitern. Es sollte jedoch Vorsicht bei der Interpretation der Ergebnisse walten, die darauf folgen. Unter den gebräuchlichen Tracern kann die Überwachung mit einem Fluocapteur nur für Tracer wie Uranin oder Eosin in Betracht gezogen werden, unter bestimmten Vorsichtsmaßnahmen (siehe technische Notiz n°1 von CETRAHE). Rote Tracer (wie Rhodamine) können nicht mit dieser Methode überwacht werden, da Aktivkohle unter Laborbedingungen gezeigt hat, dass sie sie bei Konzentrationen im Wasser unter 30 µg/L nicht zurückhalten kann.
Die Methode des Fluocapteurs ist auch für fluoreszierende Tracer ungeeignet, die im blauen Bereich emittieren (Natrium-Naphthionat, Amino.G. Säure, Tinopal).Schließlich können ionische Tracer (Salze) genau mit verschiedenen Geräten gemessen werden (Ionenchromatographie, Spektralphotometrie, Atomabsorptionsspektroskopie usw.) Die natürliche Präsenz dieser Ionen im Wasser stört jedoch ihre Detektion bei niedrigen Konzentrationen, trotz der Leistung des verwendeten Geräts. Die Dosierung der injizierten Menge muss daher sorgfältig untersucht werden, damit sie ausreichend hoch ist, um an Überwachungspunkten erkannt zu werden, und gleichzeitig moderat genug, um Wassernutzungen (Wasserversorgungen, natürliche Umgebungen) nicht zu stören.
DATENAUSWERTUNG UND INTERPRETATION
Die Ergebnisse einer Verfolgungsoperation werden durch die Rückgewinnungskurve des Tracers veranschaulicht, die die Entwicklung der Konzentrationen im Laufe der Zeit am Wiederherstellungspunkt zeigt. Die Beherrschung der Durchflussraten am Wiederherstellungspunkt ermöglicht die Berechnung einer Rückgewinnungsbilanz (wiederhergestellte Masse und Rückgewinnungsprozentsatz) und die Verteilung der Verweilzeiten (VVZ), die den Durchgang des Tracers durch das Verfolgungssystem beschreibt.Die VVZ entspricht der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, die die Wahrscheinlichkeit angibt, dass sich ein Tracermolekül im System aufhält.Es handelt sich im Grunde um die Verteilungskurve der Tracerwolke. Wenn die Injektion als "Dirac"-Impuls approximiert werden kann (d.h. eine kurze Injektion), liefert die VVZ die Impulsantwort des Verfolgungssystems für die hydrologischen Bedingungen zum Zeitpunkt der Verfolgung (Lepiller M. & Mondain P-H, 1986). Aus der VVZ können verschiedene Parameter berechnet werden, die den Durchgang des Tracers beschreiben, wie z.B. die mittlere Verweilzeit und die scheinbare Geschwindigkeit. Die Interpretation der Ergebnisse unterscheidet sich je nach Ziel. Bei Erkundungsverfolgungen liegt das Hauptziel darin, die Zugehörigkeit eines Injektionspunkts zum Wiederauffüllungsbereich des Karstsystems genau zu bestimmen. Bei quantitativen Verfolgungen (Simulation) ist es wichtig, die Transitmerkmale des Tracers genau zu beschreiben, sowie die hydrodispersiven Parameter für Verfolgungen in porösen Medien. Es existieren analytische Tools zur Unterstützung bei der Parameterabschätzung. Die TRAC-Software ermöglicht es beispielsweise im "Interpretationsmodus" für Verfolgungen, eine Verfolgung mithilfe verschiedener analytischer Lösungen zu interpretieren, indem Lösungsparameter angepasst und mit beobachteten Daten verglichen werden.
NOTA
VERWECHSELN SIE INSTRUMENTELLE NACHWEISSCHWELLEN NICHT MIT ECHTEN NACHWEISGRENZEN, DIE STARK VOM NATÜRLICHEN HINTERGRUNDRRAUSCHEN IM WASSER ABHÄNGEN UND SICH JE NACH TRACER ÄNDERN.
Abschließend, nach der Verfolgungsoperation und Interpretation der Ergebnisse, wird der Bediener aufgefordert, die Informationen in die Anwendung zur Erfassung von Verfolgungsdaten einzugeben. Dies ist eine datenbankbasierte Anwendung auf nationaler Ebene zur Datenverwaltung. (vgl. dedizierter Artikel zur Meldung und Bankisierung)