Kurzfassung
Auf dem Gelände eines ehemaligen Gaswerks (Testfeld Süd) wurden Immissionspumpversuche (IPVs) zur Quantifizierung der Fracht und der mittleren Konzentration gaswerkstypischer Schadstoffe entlang von drei Kontrollquerschnitten durchgeführt. Die daraus resultierenden Konzentrationsganglinien wurden mithilfe des Inversionsprogramms CSTREAM und eines Strömungs- und Transportmodells des hydraulisch extrem heterogenen Grundwasserleiters numerisch ausgewertet. Die den gesamten Abstrombereich der Verdachtsfläche erfassenden Kontrollquerschnitte ermöglichen Aussagen über die Position und Ausbreitung der Schadstofffahne auf dem Gelände des Testfeldes Süd. Bisherige Auswertungen von IPVs konnten die Verteilung der Schadstofffahne um den IPV-Brunnen für genau drei Fälle berechnen: entweder befindet sich die Fahne links vom Brunnen, rechts davon oder ist symmetrisch um ihn verteilt. Um eine realistischere Vorstellung von der Fahnenposition zu ermöglichen, wurden in dieser Studie zusätzlich Direct-Push-Messstellen entlang einer Kontrollebene installiert. Die in diesen Messstellen gemessenen Konzentrationen wurden zur Konditionierung der numerischen Inversionslösung herangezogen. Die Ergebnisse ermöglichen eine genauere Eingrenzung des Fahnenzentrums sowie des Fahnenrandes, was insbesondere die Erarbeitung angepasster und optimierter Sanierungsstrategien unterstützt.
Abstract
A series of integral pumping tests (IPTs) were conducted at a former gasworks site to quantify the contaminant mass flux and average concentration in groundwater along three control planes. The resulting concentration-time series were analysed numerically with the help of the inversion code CSTREAM and a flow and transport model representing the highly heterogeneous aquifer. Since the control planes cover the entire downstream width of the potentially contaminated area, they allow conclusions to be drawn about the current location and spread of the contaminant plume. Previous evaluations of integral pumping tests could calculate three scenarios concerning the spread of the plume around the IPT well: (i) the plume is located to the right of the well, (ii) to the left, or (iii) is distributed symmetrically around it. To create a more realistic picture of the plume position, a series of direct-push monitoring wells were installed along one control plane. The concentrations found in these wells were included in the numerical analysis to condition the inversion results, and resulted in a more pronounced plume centre and fringe, which supports the development of optimised remediation strategies.
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Literatur
Bauer, S., Bayer-Raich, M., Holder, T., Kolesar, C., Müller, D., Ptak, T.: Quantification of groundwater contamination in an urban area using integral pumping tests.- J. Contam. Hydrol. 75, 183–213 (2004)
Bayer-Raich, M.: Integral pumping tests for the characterization of groundwater contamination. PhD Thesis, Center for Applied Geoscience, Universität Tübingen.- 112 S.; Tübingen (2004)
Bayer-Raich, M., Jarsjö, J., Holder, T., Ptak, T.: Numerical estimations of contaminant mass flow rate based on concentration measurements in pumping wells. Calibration and Reliability in Groundwater Modelling: A Few Steps Closer to Reality (Proceedings of ModelCARE’2002, Prague, Czech Republic, June 2002).- IAHS Publ. No. 277, 10–16 (2003)
Bayer-Raich, M., Jarsjö, J., Liedl, R., Ptak, T., Teutsch, G.: Average contaminant concentration and mass flow in aquifers from time dependent pumping well data: analytical framework.- Water Resour. Res. 40, W08303, doi:10.1029/2004/WR003095 (2004)
Bayer-Raich, M., Jarsjö, J., Liedl, R., Ptak, T., Teutsch, G.: Integral pumping test analyses of linearly sorbed groundwater contaminants using multible wells: Inferring mass flows and Natural Attenuation rates.- Water Resour. Res. 42, W08411, doi:10.1029/2005WR004244 (2006)
Bockelmann, A., Ptak, T., Teutsch, G.: An analytical quantification of mass fluxes and natural attenuation rate constants at a former gasworks site.- J. Contam. Hydrol. 53(3–4), 429–453 (2001)
Bockelmann, A., Zamfirescu, D., Ptak, T., Grathwohl, P., Teutsch, G.: Quantification of mass fluxes and natural attenuation rates at an industrial site with a limited monitoring network: a case study.- J. Contam. Hydrol. 60, 97–121 (2003)
Bösel, D., Herfort, M., Ptak, T., Teutsch, G.: Design, performance, evaluation and modelling of a natural gradient multitracer transport experiment in a contaminated heterogeneous porous aquifer.- In: Dassargues, A. (Editor), Tracers and Modelling in Hydrogeology.- IAHS Publication, Liege 262, 45–51 (2000)
Borden, R.C., Daniel, R.A., Lebrun IV, L.E., Davis, C.W.: Intrinsic biodegradation of MTBE and BTEX in a gasoline-contaminated aquifer.- Water Resour. Res. 33(5), 1105–1115 (1997)
Chiang, C.Y., Salanitro, J.P., Chai, E.Y., Colthart, J.D., Klein, C.L.: Aerobic biodegradation of benzene, toluene, and xylene in a sandy aquifer – Data analysis and computer modeling.- Ground Water 27(6), 823–834 (1989)
Gieg, L.M., Kolhatkar, R.V., McInerney, M.J., Tanner, R.S., Harris Jr, S.H., Sublette, K.L., Suflita, J.M.: Intrinsic Bioremediation of Petroleum Hydrocarbons in a Gas Condensate-Contaminated Aquifer.- Environ. Sci. Technol. 33, 2550–2560 (1999)
Harbaugh, A.W., McDonald, M.G.: User’s documentation for MODFLOW-96, an update to the U.S. Geological Survey modular finite-difference ground-water flow model.- U.S. Geological Survey Open-File Report 96–485 (1996)
Herfort, M., Ptak, T., Hümmer, O., Teutsch, G., Dahmke A.: Testfeld Süd: Einrichtung der Testfeldinfrastruktur und Erkundung hydraulisch-hydrogeochemischer Parameter des Grundwasserleiters.- Grundwasser 3(4), 159–166 (1998)
Herfort M.: Reactive transport of organic compounds within a heterogeneous porous aquifer. PhD Thesis, Universität Tübingen.- 59 S.; Tübingen (2000)
Hunkeler, D., Aravena, R., Butler, B.J.: Monitoring microbial dechlorination of tetrachloroethene (PCE) in groundwater using compound-specific stable carbon isotope ratios: microcosm and field studies.- Environ. Sci. Technol. 33(16) 2733–2738 (1999)
Jarsjö, J., Bayer-Raich, M., Ptak, T.: Monitoring groundwater contamination and delineating source zones at industrial sites: Uncertainty analyses using integral pumping tests.- J. Contam. Hydrol. 79, 107–134 (2005)
King, M.W.G., Barker J.F., Devlin, J.T., Butler, B.J.: Migration and natural fate of a coal tar creosote plume: 2. Mass balance and biodegradation indicators.- J. Contam. Hydrol. 39, 281–307 (1999)
Mak, K.S., Griebler, C., Meckenstock, R.U., Liedl, R., Peter, A.: Combined application of conservative transport modelling and compound-specific carbon isotope analyses to assess in situ attenuation of benzene, toluene, and o-xylene.- J. Contam. Hydrol. 88, 306–320 (2006)
Marotz, G.: Technische Grundlagen einer Wasserspeicherung im natürlichen Untergrund.- 228 S.; Verl. Wasser u. Boden, Hamburg (1968)
Nyer, E.K., Duffin, M.E.: The state of the art of bioremediation.- Ground Water Monit. R. 17(2), 64–69 (1997)
Pollock, D.: User’s guide for MODPATH/MODPATH-PLOT, Version 3: A particle tracking post-processing package for MODFLOW, the U.S. Geological Survey finite-difference ground-water flow model.- U. S. Geological Survey (1994)
Ptak T., Schwarz, R., Holder, T., Teutsch, G.: Ein neues integrales Verfahren zur Quantifizierung der Grundwasserimmission: II. Numerische Lösung und Anwendung in Eppelheim.- Grundwasser 5(4), 176–183 (2000)
Ptak, T., Bayer-Raich, M., Bauer, S.: Tiefenorientierte integrale Erkundung der Schadstoffbelastung in großräumig kontaminierten Aquiferen.- Grundwasser 9(4), 235–247 (2004)
Rügner, H., Holder, T., Maier, U., Bayer-Raich, M., Grathwohl, P., Teutsch, G.: Natural Attenuation- Untersuchungen „ehemalige Abfalldeponie Osterhofen.- Grundwasser 9(2), 98–108 (2004)
Schwarz, R.: Grundwasser-Gefährdungsabschätzung durch Emissions- und Immissionsmessungen an Deponien und Altlasten. PhD thesis, Center of Applied Geosciences, Universität Tübingen.- 125 S.; Tübingen (2002)
Teutsch, G., Ptak, T., Schwarz, R., Holder, T.: Ein neues integrales Verfahren zur Quantifizierung der Grundwasserimmission: I. Theoretische Grundlagen.- Grundwasser 5(4), 170–175 (2000)
Therrin, J., Davis, G.B., Barber, C.: A ground-water tracer test with deuterated compounds for monitoring in situ biodegradation and retardation of aromatic hydrocarbons.- Ground Water 33(3), 469–475 (1995)
Wiedemeier, T.H., Swanson, M.A., Wilson, J.T., Kampbell, D.H., Miller, R.N., Hansen, J.E.: Approximation of biodegradation rate constants for monoaromatic hydrocarbons (BTEX) in groundwater.- Ground Water Monit. R. 16(3), 186–194 (1996)
Zamfirescu, D.: Release and fate of specific organic contaminants at a former gasworks site. PhD Thesis, Universität Tübingen.- 96 S.: Tübingen. (2000)
Zamfirescu, D., Grathwohl, P.: Occurrence and attenuation of specific organic compounds in the groundwater plume at a former gasworks site.- J. Contam. Hydrol. 53(3–4), 407–427 (2001)
Danksagung
Das diesem Bericht zugrundeliegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) unter dem Förderkennzeichen 02WN0361 im Rahmen des Projektverbundes KORA gefördert. Die Autoren bedanken sich für die Finanzierung durch das BMBF sowie für die freundliche Unterstützung durch das UFZ Leipzig-Halle GmbH (Martí Bayer-Raich), durch die Firma Büro Holder und Herrn Matthias Piepenbrink für seine Mitarbeit in diesem Projekt.
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Herold, M., Ptak, T., Wendel, T. et al. Integrale Quantifizierung von Schadstoffmassenflüssen im Grundwasser – Konditionierung der numerischen Inversion der Konzentrationsganglinien von Immissionspumpversuchen. Grundwasser 13, 4–14 (2008). https://doi.org/10.1007/s00767-007-0057-2
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