Tracer und ihr Einsatz in der Hydrologie

Präsentation zum Thema: "Tracer und ihr Einsatz in der Hydrologie"—  Präsentation transkript:

1 Tracer und ihr Einsatz in der Hydrologie
Präsentation von Lia Weiler

2 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

3 Allgemeines

4 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

5 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

6 Einsatz in der Hydrologie

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

8 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...

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

10 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

11 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. .

12 Abflussmessung

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

14 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

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

16 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

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

18 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

19 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.

20 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.

21 Quellen www.wikipedia.de www.geowissenschaftler.de www.hydroskript.de