Tracer und ihr Einsatz in der Hydrologie Präsentation von Lia Weiler

Inhalt 1. Allgemeines 2. Einsatz in der Hydrologie 3. Abflussmessung 1.1 Definition 1.2 Einsatzgebiete 2. Einsatz in der Hydrologie 2.1 eingesetzte Stoffe 2.2 erforschte Prozesse 3. Abflussmessung 3.1 Prinzip 3.2 NaCl und Uranin im Vergleich 3.3 Ablauf 3.4 Vorteile gegenüber herkömmlicher Methode

Allgemeines

Erforschung von Prozessabläufen Was sind Tracer? engl. trace = Spur natürliche, künstliche, teils radioaktive Stoffe Einbringung in Prozess keine Beeinflussung des Prozesses lange Verweilzeit Nachweisbarkeit Erforschung von Prozessabläufen Dienen der erforschung bzw dem nachweis von Prozessabläufen Dazu wird entweder ein stoff, der bereits vorhanden ist beobachtet, was ein natürlicher Tracer ist, oder es werden künstliche, Stoffe, z.B. Farbstoffe oder radioaktiv markierte Stoffe zugegeben, die den Prozess nicht beeinflussen Anforderung: lange nachweisbar, auch in geringer konzentration nachweisbar, darf keinen einfluss auf prozess nehmen

Einsatzgebiete Medizin Informationstechnik Meteorologie Geologie Lufttechnik Hydrologie Einsatz in der nuklearmedizin, um z.B Stoffwechselprozesse nachzuvollziehen In der Informationstechnik werden ins Programm Programme eingebaut, die Fehler aufdecken sollen, den eigentlich ablauf aber nicht beeinträchtige In der Meteorologie werden Verweilzeiten in der Atmosphäre, Stofftransporte etc. beobachtet Geologie z.B Verteilung von Giftstoffen im Boden Lufttechnik z.B Volumenströme Auf den einsatz in der hydrologie wird im nächsten Kapitel genauer eingegangen

Einsatz in der Hydrologie

Eingesetzte Stoffe Umwelttracer bereits im System Temperaturen chemische Verbindungen Isotope Tracer werden in zwei kategorien unterteilt

Eingesetzte Stoffe Künstliche Tracer Sporen, Partikel, Phagen Mikropartikel (floureszent) Anionen und Kationen (Salze) z.b bärlappsporen, Escherichia coli-Stämme , nicht pathogene Bakterien wie Serratia marcescens Kunststoffpartikel Nacl, bromid...

Eingesetzte Stoffe Besondere Bedeutung: Floureszenztracer Uranin (Natriumflourescein) Eosin Natrium - Naphthionat Unter uv-licht Auch in sehr niedriger Konzentration nachweisbar unschädlich

Erforschte Prozesse Fließwegnachweise im Grundwasser Kontrolle von Lecks in Dämmen und Kanalrohren Durschmischungsbestimmung Abflussmessung Fließwegnachweise mit farbtracern oder salzen, es werden proben an sämtlichen stellen genommen um verdünnung zu messen, wird auch zur schadstoffverbreitungsermittlung genutzt Altersdatierung von eis, gestein etc., mit isotopen Verweilzeiten z.B. wasser/ stoffe in der Atmosphäre. Markiertes wird verfolgt Leckagendetektion in dämmen ebenfalls mit salz oder floureszenstracern Teilweise auch mittels wärmedurchgang

Ganglinienbestimmung Altersdatierung Verweilzeiten Hydroglaziologie Erforschte Prozesse Ganglinienbestimmung Altersdatierung Verweilzeiten Hydroglaziologie Ganglinienseparation mit umweltisotopen... unterscheidung zwischen basisabfluss(der immer da ist) und direktabfluss (bei einer Hochwasserwelle). Mit hilfe von isotopen, die mit dem Niederschlag eingetragen werden. Abflusmessung mit tracerverdünnungsverfahren, es wird salz hinzugegeben und dessen konzentrationsänderung gemessen. Strömungen und verdeckte zuflüsse/abflüsse infließgewässern, seen und bei talsperren mit hilfe von Farbtracern entdecken Hydroglaziologie, alters- und niederschlagsbestimmung mit Hilfe von isotopen. .

Abflussmessung

Prinzip Tracerverdünnungsverfahren Zugabe von Salzen (NaCl) oder Floureszenzfarbstoffen (Uranin) Abflussbestimmung durch Messen des Konzentrationsabfalls Je größer die Verdünnung, desto höher der Abfluss

Verwendete Tracer Kochsalz Uranin Für Fließgewässer mit Q<10m³/s Salztracer Floureszenztracer Für Fließgewässer mit Q<10m³/s Fließgewässer jeder Größe Grundwasser Kostengünstig keine Genehmigungspflicht Sehr tiefe Nachweisgrenze Geringe Sorptionsneigung Hohe Nachweisgrenze => große Einspeisemengen Lichtempfindlich Genehmigungspflichtig

Zwei Methoden: konstante Eingabe Integrationsmethode Ablauf Zwei Methoden: konstante Eingabe Integrationsmethode

Konstante Eingabe Eingabe des Tracers über einen längeren Zeitraum Konstante Rate Konstante Konzentration Bis auch an der Messstelle eine konstante Konzentration erreicht ist Wird mit geräten gemessen, bei Salzen über elektrische Leitfähigkeit

Konstante Eingabe Berechnung: n = c1* V1 = c2 * V2 VTracer * cTracer = (Q + VTracer) * cMessstelle Q = (VTracer * cTracer) / cMessstelle – VTracer Vereinfacht: Q = VTracer + cTracer / cMessstelle

Integrationsmethode Einmalige Zugabe des Tracers Bestimmte Menge Minimale Eingabezeit Messung der Konzentration an der Messstelle bis Ursprungs- Konzentration wieder hergestellt ist Es entsteht die sogenannte durchgangskurve, die über die Zeit integriert zur abflussberechnung benutzt wird

Integrationsmethode Berechnung: MTracer = ∫[Q * c(t)] dt Q = MTracer / [ ∫c(t) dt ] Der Zeitabschnitt ta, über den integriert wird, muss so gewählt werden, dass das Vorbeiziehen der ganzen Tracer-Wolke erfasst wird. Bei salzen grundkonzentrazion des gewässers von c(t) abziehen Die totale Masse Tracer, die an der Messstelle vorbei fliesst, erhält man durch Integration der gemessenen Konzentration multipliziert mit dem zu bestimmenden Durchfluss Q.

Pro Contra Vorbelastung? Einfach, komfortabel Kann von einer Person durchgeführt werden Teilweise genehmigungspflichtig kostengünstig Durchmischung Gerinnequerschnitt muss nicht bekannt sein Keine Zu-und Abflüsse im Messbereich Kein großer Rechenaufwand Geringe Fehlerquote (unter 5%) Unabhängig von Turbulenzen, Treibgut und Geschiebetransport Auch allgemein lässt sich sagen, dass Tracer sehr vorteilhaft sind, da auch unzugängliche stellen und verdeckte prozesse erforscht bzw. entdeckt werden können. Auch die anderen methoden, die ich aus Zeitgründen leider nicht genau vorstellen konnte sind sehr effektiv und verhältnismäßig leicht auszuwerten.

Quellen www.wikipedia.de www.geowissenschaftler.de www.hydroskript.de www.bgs.ac.uk