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Integrative quantification and balancing of contaminant fluxes in urban groundwater, case study Darmstadt

Integrative Quantifizierung und Bilanzierung von Stoffflüssen in urbanem Grundwasser am Beispiel Darmstadts

Kurzfassung

Die qualitativen und quantitativen Einflüsse einer Stadt auf das Grundwasser werden am Beispiel Darmstadts beschrieben. Die Landnutzung hat in Darmstadt einen stärkeren Einfluss auf die Grundwasserqualität als die Geologie. Cl, B und Fe sind nur von der Nutzung abhängig, während Lf, HCO3 und PO4 von Geologie und Nutzung beeinflusst werden. Eine integrative, räumlich differenzierende Quantifizierung der Massenflüsse zeigt, dass z. B. Cl und B aus urbanen Quellen wie Abwasserexfiltration und Streusalz eingetragen werden. Die größten Einträge erfolgen unter Industrieflächen (Cl 317 mg/d · m², B 0,6 mg/d · m²). Für Nges ist der landwirtschaftliche Eintrag mit bis zu 114 mg/d · m² von größerer Bedeutung als der städtische (maximal 14 mg/d · m²). Aus der Gegenüberstellung der urbanen Gesamtimmissionen und -emissionen kann darauf geschlossen werden, dass für HCO3, Ca, Mg, SO4, Na, Cl, B und NO3 zusätzliche Quellen vorliegen, die durch die Emissionsabschätzung nicht erfasst wurden (z. B. geogene Quellen, Auffüllungen, Industrie, Abbauprozesse). PO4 und Nges werden dagegen abgebaut und der CSB verringert. Ein Konzentrationsrückgang im Abstrom der Stadt kann auf abtauchende Fahnen zurückgeführt werden.

Abstract

The qualitative and quantitative impact of a city on groundwater is presented in the case study of Darmstadt. The impact of land use on groundwater quality in Darmstadt is higher than the impact of background geological processes. The occurrence of Cl, B and Fe is only influenced by land use, while EC, HCO3 and PO4 are controlled by geology and land use. An integrative, spatially differentiating quantification of mass fluxes shows that e. g. Cl and B are introduced from urban sources such as leaking sewers and road salting. Input is highest under industrial areas (Cl 317 mg/d · m², B 0,6 mg/d · m²). For Ntot agricultural input (114 mg/d · m²) is more important than urban input with a maximum of 14 mg/d · m². Comparing overall urban input with estimated urban input, it can be concluded that there are additional sources for HCO3, Ca, Mg, SO4, Na, Cl, B and NO3, which are not included in the estimated input (e. g. geogenic sources, fill material, industrial sources & degradation processes). PO4 and Ntot on the other hand are being degraded and COD is consumed. A decrease of concentrations downstream from the city can be ascribed to diving plumes.

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Danksagung

Wir danken dem Hessischen Landesamt für Umwelt und Geologie (HLUG), Prof. B. Toussaint und der Stadtverwaltung Darmstadt für die großzügige Unterstützung und Diskussion. Das Projekt wurde finanziell vom HLUG gefördert. Dank auch an das Hydro-Labor der AG Prof. Grathwohl, Tübingen.

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Beier, M., Ebhardt, G. & Schiedek, T. Integrative quantification and balancing of contaminant fluxes in urban groundwater, case study Darmstadt. Grundwasser 12, 201–216 (2007). https://doi.org/10.1007/s00767-007-0035-8

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Keywords

  • urban hydrogeology
  • urban hydrochemistry
  • 3D-groundwater model
  • integrative quantification method
  • budget zones
  • mass flux