Salzgehalt im Grundwasser erkennen: Überwachung der Salinität bei Grundwasserabsenkung
Grundwasserabsenkung ist bei unterirdischen Bauprojekten notwendig. Allerdings ist diese Maßnahme nicht ohne Risiken, insbesondere wenn es um salzhaltiges Grundwasser geht.
Wie wird Grundwasser salzhaltig?
Wir verbinden das Meer mit Salzwasser und den Boden mit Süßwasser – doch das ist nicht ganz korrekt. Regenwasser ist Süßwasser, und somit ist es auch oberflächennahes Wasser. Doch je tiefer das Wasser in den Boden einsickert, desto älter wird es. Dabei lösen sich Mineralien (Salze) im Grundwasser auf, sodass es mit der Zeit immer stärker gesättigt wird. Je tiefer das Wasser in den Boden dringt, desto salzhaltiger wird es. Grundwasser hat daher oft einen höheren Salzgehalt als andere Wasserquellen.
Der Bericht von IGRAC aus dem Jahr 2009 erklärt diesen Prozess ausführlicher:
„Im Allgemeinen findet sich Süßwasser besonders in jenen Bereichen des Untergrunds, die aktiv am Wasserkreislauf beteiligt sind – dem Bereich des sogenannten 'meteorischen Wassers'. Daher ist Süßwasser eher in den oberen geologischen Schichten zu finden, in denen Grundwasser gespeichert wird. Aufgrund dieser Gegebenheiten ist Süßwasser oft vergleichsweise jung und wird aktiv wiederaufgefüllt. Im Gegensatz dazu befindet sich ein großer Teil des salzhaltigen Grundwassers – wenn auch nicht alles – in stagnierenden Tiefenschichten, wo es bereits seit Tausenden oder sogar Millionen von Jahren existieren kann. Durch die kontinuierliche Lösung von Mineralien über geologische Zeiträume hinweg kann sich der Salzgehalt im Grundwasser erhöhen. Somit nimmt die Salinität des Grundwassers mit zunehmender Tiefe zu.“
- Global Overview of Saline Groundwater Occurrence and Genesis - IGRAC, 2009
Grundwasserabsenkung bei salzhaltigem Grundwasser
Diese Studie von 2020 der Anteagroup untersucht die Auswirkungen der Grundwasserabsenkung auf den Untergrund:
„Grundwasser kann süß, brackig oder salzhaltig sein. Eine Absenkung des Grundwasserspiegels in Gebieten mit ausschließlich Süßwasser führt nur zu einer Senkung des Wasserspiegels. In Regionen mit salzhaltigem Grundwasser (salzgefährdete Gebiete) kann eine Grundwasserabsenkung jedoch zu einer Versalzung führen, also zu einem Anstieg des Chloridgehalts im darüberliegenden Grundwasser. Dadurch verringert sich die Süßwasserlinse.
Durch das Abpumpen aus der darunterliegenden salzhaltigen Wasserschicht wird Süßwasser nach unten gezogen, wodurch an der Oberfläche weniger Süßwasser verfügbar ist. Dies führt dazu, dass Pflanzen weniger Feuchtigkeit zum Wachsen haben. Erfolgt die Grundwasserabsenkung innerhalb der Süßwasserlinse, steigt salzhaltiges Wasser von unten nach, wodurch die Süßwasserlinse insgesamt schrumpft. Dies reduziert ebenfalls die verfügbare Feuchtigkeit für das Pflanzenwachstum. Wie stark die Süßwasserlinse abnimmt, hängt von der Durchlässigkeit des Bodens sowie von der Tiefe und Dicke der wasserführenden Schichten (ob süß oder salzhaltig) ab. Auch die Zeit, die zur Erholung der Süßwasserlinse benötigt wird, wird von diesen Faktoren bestimmt, wobei auch übermäßiger Niederschlag diesen Prozess beeinflussen kann.“
- Verkennend onderzoek effecten verzilting Bodem en Water op land - Anteagroup, 2020
Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass sich salzhaltiges Wasser mit Süßwasser vermischt und zu Brackwasser oder gar einer vollständigen Versalzung des Süßwassers führt – mit schwerwiegenden Folgen. Dazu gehören Umweltschäden, Bodenverschlechterung und weitere Probleme.
Grundwassererschöpfung in trockenen Regionen
In dürregefährdeten Gebieten der Welt wird ein ständiger Kampf gegen die Bodenversalzung geführt, da die fragile Süßwasserlinse dort regelmäßig erschöpft wird.
„Versalzung ist ein weltweites Problem, wird aber in wasserarmen, ariden und semiariden Gebieten besonders schwerwiegend, da dort Grundwasser die Hauptquelle der Wasserversorgung ist. Der steigende Wasserbedarf führt zu einer Absenkung des Grundwasserspiegels und zu einer erhöhten Salinität. In den semiariden Regionen von Haryana und Punjab führt die übermäßige Nutzung der Süßwasserressourcen dazu, dass der Grundwasserspiegel sinkt und salzhaltiges Wasser in diese Gebiete eindringt.“
- Grundwasser-Salinität - National Institute of Hydrology, 2019
Erkennung von salzhaltigem Grundwasser während der Absenkung
Die Vermischung von Salz- und Süßwasser bei Grundwasserabsenkungen kann erhebliche Auswirkungen auf den Boden haben. Zudem darf abgepumptes salzhaltiges Grundwasser nicht in Süßwasserreservoirs eingeleitet werden. Daher ist es essenziell, mit salzhaltigem Grundwasser vorsichtig umzugehen und die Salinität des abgepumpten Wassers kontinuierlich zu überwachen. In der Regel wird die elektrische Leitfähigkeit des Grundwassers entweder in einem Überwachungsbrunnen oder direkt im gepumpten Wasser gemessen.
„Das ausdrückliche Ziel eines gut konzipierten Grundwasserabsenkungssystems ist es, die Störung des Süßwasser-Salzwasser-Gleichgewichts auf ein Minimum zu reduzieren. Die Auswirkungen der Grundwasserabsenkung auf diese Verteilung von Süß- und Salzwasser müssen aus zwei Gründen überwacht werden:
- Um zu bewerten, wie sich diese Verteilung während und nach der Grundwasserabsenkung verändert und erholt.
- Um die (sich verändernde) Salinität des abgepumpten Wassers zu analysieren, das entweder abgeleitet oder wieder infiltriert werden soll.
- Richtlijnen bemalingen ter bescherming van het milieu - Flämische Umweltagentur, 2019
Glücklicherweise lässt sich Salzwasser während der Grundwasserabsenkung leicht nachweisen, sodass rechtzeitig Maßnahmen ergriffen werden können. Zur Detektion von Salz wird die elektrische Leitfähigkeit (EC) des Wassers gemessen. Je höher die elektrische Leitfähigkeit, desto salzhaltiger ist das Wasser.
Für diese Messung wird ein spezieller Sensor verwendet. In der Regel handelt es sich um einen Multi-Parameter-Tauchpegelsensor, der neben dem Wasserstand auch die elektrische Leitfähigkeit und die Temperatur misst, oder um einen anderen Multi-Parameter-Wasserqualitätssensor. Dieser Sensor muss mit einem Sensormodul verbunden werden, das das Signal in verständliche Messdaten umwandelt. Die einfachste Lösung besteht darin, diesen Sensor in Ihr Grundwasserabsenkungs-Überwachungssystem zu integrieren.
Ein gutes Beispiel für eine solche Lösung ist der Reporter, ein Plug-&-Play-Fernüberwachungsmodul, das es ermöglicht, die Salinität des abgepumpten Wassers in Echtzeit mit einem EC-Sensor zu messen. Reporter erfasst kontinuierlich Daten und überträgt sie in den gewählten Intervallen in die Cloud (Crodeon Dashboard), wo sie gespeichert werden. Zusätzlich können Sie einen Alarm für die Leitfähigkeit/Salinität des Grundwassers festlegen, sodass Sie sofort benachrichtigt werden, wenn das Wasser zu salzhaltig wird.
Reporter verfügt über vier Sensoranschlüsse, sodass Sie Ihre Grundwasserabsenkungsanlage beispielsweise mit folgenden Sensoren ausstatten können:
- Ein Durchflussmesser
- Ein EC-Sensor
- Ein Drucksensor
- Ein Bodenfeuchtesensor
Wenn Sie mehrere Sensoren mit einem Reporter kombinieren, werden alle Daten in der Cloud auf dem gleichen Dashboard zusammengeführt. Dadurch erhalten Sie eine klare Übersicht, ohne dass maßgeschneiderte Lösungen oder komplexe Messaufbauten erforderlich sind.
Zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren, falls Sie Fragen zur Erkennung von salzhaltigem Wasser bei Grundwasserabsenkungsprojekten haben! Erfahren Sie mehr über unsere Smart Water-Lösungen.
Quellen
Australian Government - Bureau of Meteorology. (n.d.). Grundwasser: Ist zu viel Salz eine schlechte Sache?
Anteagroup, Van Meekeren, B., Bakker, W., & Koopmans, H. (2020). Verkennend onderzoek effecten verzilting Bodem en Water op land: Aanleg kabelverbinding Net op zee Ten noorden van de Waddeneilanden. In Rijksdienst Voor Ondernemend Nederland (No. 463939-VZ-01).
Grundwasser | Relation von Salzwasser zu Süßwasser in Aquiferen. (n.d.).
Van Weert, F., Van Der Gun, J., & Reckman, J. (2009). Global Overview of Saline Groundwater Occurrence and Genesis. International Groundwater Resources Assessment Centre.
VLAAMSE MILIEUMAATSCHAPPIJ. (2019). Richtlijnen bemalingen ter bescherming van het milieu.
Krishan, G. (2019). Grundwasser-Salinität. Current World Environment, 14(2), 186–188.
