Original paper

Auswirkungen urbaner Besiedlung auf oberflächennahe Grundwasserleiter

[Urbanization Effects to Shallow Groundwatersheds]

Merkel, Broder; Freitag, Gertrud; Grossmann, Jörg; Udluft, Peter; Ullsperger, Irmgard

Kurzfassung

Quantität und Qualität des neugebildeten Grundwassers werden durch physiko-chemische Prozesse im Boden und der wasserungesättigten Zone determiniert. Durch die wachsende urbane Nutzung großer Areale wurden Auswirkungen auf oberflächennahes Grundwasser in den letzten Jahrzehnten immer deutlicher. Dies wird am Beispiel der Streusalzaufbringung und der Immission einiger Schwermetalle aufgezeigt. Mit Ausnahme von Calcium und Natrium zeigen alle Haupt- und Spurenstoffe im Niederschlag erhöhte Konzentrationen im Stadtgebiet. Im Grundwasser des Stadtgebiets dominiert der Eintrag von Natrium und Chlorid. Etwa die Hälfte des eingetragenen Natriums wird durch Austauschprozesse am Boden und dem Schotter festgelegt und dafür werden Kalium, Magnesium und Calcium freigesetzt. Die im Untersuchungsgebiet umgesetzten Stoffmengen wurden unter Zuhilfenahme eines Grundwasserfließmodells bilanziert. Die durch den Niederschlag eingetragenen Schwermetallmengen übersteigen die durch die Verwitterung des Karbonatschotters freigesetzten Mengen um das 15 bis 100-fache. Geochemische Modellrechnungen zeigen, daß nicht das Löslichkeitsprodukt, sondern Kationenaustausch für die Festlegung der Schwermetalle im Boden und der ungesättigten Zone verantwortlich ist. In Folge dessen sind im Grundwasser des Stadtgebiets noch keine signifikant erhöhten Schwermetallgehake zu verzeichnen.

Abstract

Quantity and quality of groundwater renewal is mainly determined by physico-chemical processes within the soil and the unsaturated zone. Urbanization effects on shallow aquifers became more and more visible in the last decades. This is pointed out by the effects of sodium-chloride applications and immison of heavy-metals. All main components, except calcium, sodium, and investigated heavy metals, show significant increased concentrations in the rain within the urban area. The groundwater is heavily affected by sodium and chloride. About half of the sodium-input due to winterly road service is fixed to the soil and gravel by cation exchange processes. By this the concentrations of potassium, magnesium and calcium are increased. The budged of the dissolved substances was calculated by the help of a groundwater flow model. The input of heavy metals by rain precipitation overhelms the input due to weathering processes by a factor of 15 to 100. Geochemical modelling shows that the cation exchange is responsable for the fixation of heavy metals in the soil and the unsaturated zone. Therefore there is no significant increase of heavy metals to be seen still now in the groundwater of the investigated urban area.

Keywords

Urbanizationheavy metalssodium chloridegroundwater pollutioncation exchangesoilunsaturated zonebalancegeochemical model Bavarian Plateau (München-HarlachingMünchen-Großhadern)Bavaria TK 25: Nr. 78347935