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Werner Käss:

Geohydrologische Markierungstechnik

2. überarbeitete Aufl.

[Textbook of geohydrological marking and tracing techniques]

2004. XIV, 557 Seiten, 239 Abbildungen, 43 Tabellen, 8 Farbtaf., 17x24cm, 1470 g
Language: Deutsch

(Lehrbuch der Hydrogeologie, Band 9)

ISBN 978-3-443-01050-8, gebunden, price: 94.00 €

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Keywords

tracerstracer techniquehydrogeology HydrologieHydrogeologie Markierungstechnik

Contents

Inhaltsbeschreibung top ↑

Die freundliche Aufnahme der 1. Auflage des Buches "Geohydrologische Markierungstechnik", die innerhalb von knapp 10 Jahren vergriffen war, zeigte das weite Interesse, das die vorliegende Thematik gefunden hat. Zurückblickend betrachtet war es ein Glücksfall, dass die vielfältig gewonnenen Erkenntnisse und Erfahrungen der Arbeitsgemeinschaft ATH im renommierten "Lehrbuch der Hydrogeologie" als eigener Band erscheinen konnten. Die nunmehr vorgelegte 2. erweiterte Auflage stellt in umfassender Weise die Techniken dar, mit deren Hilfe der unterirdische Weg des Wassers und seine Fließgeschwindigkeit und Aufenthaltszeit im Untergrund nachgewiesen werden können.
Für die Neuauflage wurden die Abschnitte "Auswertung", "Oberflächengewässer" und "Gletscherwasser" wesentlich erweitert. Neu hinzu gekommen sind die Abschnitte "Kluftgrundwasser" und "Verteilungsmarkierung", die bereits in der englischen Ausgabe berücksichtigt worden sind.
Diese Methoden gewinnen jedoch in jüngerer Zeit - unter Einschluss der oberirdischen Gewässer - an Bedeutung, da mit ihrer Hilfe modellhaft auch das Transport- und Ausbreitungsverhalten von Schadstoffen im unterirdischen und oberirdischen Gewässer erfasst und beschrieben werden kann. Bei der Komplexität der auftretenden Probleme ist es verständlich, dass die Autoren dieses Buches verschiedene Disziplinen vertreten, nämlich Chemie, Geochemie, Geologie, Hydrologie und Physik. Die langjährigen Kooperation zwischen den Autoren, insbesondere aber das nicht ermüdende Engagement des Autors Herrn Prof. Dr. habil.Werner Käss, ist es zu danken, dass ein geschlossenes Werk entstehen konnte.

Zu diesem Buch wird das Program TRACI98 zur Auswertung von Tracerversuchen kostenlos zum herunterladen angeboten. Es ist unter Windows-9.X lauffähig.

Bespr.: Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft Heft 11-12/2004 top ↑

Die Markierung von Grund- und Oberflächenwasser stellt eine Spezialdisziplin unter den hydro(geo)logischen Methoden dar. Ziel ist es, Informationen über die Herkunft des Wassers, seine Fließwege und seine Bewegungsformen sowie über Eigenschaften des betroffenen Aquifers oder Gewässers zu erhalten. Vor zehn Jahren erschien in der Reihe "Lehrbuch der Hydrogeologie" als Band 9 die 1. Auflage dieses Buches. Nunmehr liegt die 2., überarbeitete Auflage vor. Dass das Buch über den deutschen Sprachraum hinaus weitere Verbreitung gefunden hat, ist auch an der 1998 erschienenen englischen Ausgabe "Tracing Technique in Geohydrology" (bei A. A. Balkema) zu sehen, die bereits nachgedruckt wurde.

Der Verfasser weist im Vorwort darauf hin, dass das Buch auf Anregung der Arbeitsgemeinschaft für Tracer-Hydrologie (ATH) entstanden ist. Als einer der Mitbegründer dieser Arbeitsgemeinschaft, deren Ziel es ist, die Entwicklung und Anwendung neuer Tracer und Markierungstechniken voranzutreiben, hat der Autor es unternommen, das Thema einer möglichst umfassenden Betrachtung zu unterziehen. Dazu konnte er aus den verschiedensten Disziplinen wie (Geo)chemie, Hydro(geo)logie und Physik weitere 13 Kollegen gewinnen, die mit eigenen Fachbeiträgen vertreten sind. In 5 Kapiteln (Einführung, Markierungsmittel, Vorbereitung und Durchführung von Markierungsversuchen, Auswertung von Markierungsversuchen, Anwendungs- und Auswertebeispiele) werden alle wesentlichen Aspekte der Markierungstechnik behandelt. Den Abschluss bilden ein Schrifttumsverzeichnis, ein Anhang mit Umrechnungstabellen zu Atom- bzw. Molekülmassen, Farbtafeln, ein Ortsverzeichnis, ein Sachregister sowie ein Glossar Deutsch/Englisch bzw. Englisch/Deutsch.

Auf Grund des vorgegebenen Rahmens musste auf Straffung des Textes geachtet werden, um auch neuere Aspekte berücksichtigen zu konnen. Dadurch liegt der Gesamtumfang des Buches nur geringfügig über dem der ersten Auflage. Hervorzuheben ist die deutliche Erweiterung des Schrifttumsverzeichnisses (1.244 Einträge), das die neueren Entwicklungen der letzten zehn Jahre berücksichtigt und somit eine Fundgrube für alle darstellt, die in Einzelfragen ins Detail gehen wollen. Den größten Raum (255 S.) nimmt die Darstellung der Markierungsmittel ein, wobei der Autor seine besondere Erfahrung vor allem im Bereich der Farbstoffe und Salze einbringt. Weitere Abschnitte behandeln radioaktive und aktivierungsanalytische Tracer, Partikeltracer wie Sporen, Mikrosphären, Bakterien und Phagen, und von den naturlichen Tracern vor allem Umweltisotope, ihr Vorkommen und ihren Nachweis.

Für den Anwender sind in den Ausfuhrungen zur Vorbereitung und Durchführung von Markierungsversuchen eine Menge an praktischen Hinweisen enthalten.

Das Kapitel über die Auswertung von Markierungsversuchen erfuhr eine wesentliche Veränderung. Neben der Vermittlung der physikalischen Grundlagen des Stofftransportes und seiner mathematischen Behandlung wurde als neuer Abschnitt das mathematische Modell TRACI aufgenommen, das bisher nur in der englischen Fassung des Buches (als CD-Beilage) zur Verfugung stand. Es ermöglicht die Auswertung von Tracerdurchgangen und die Bestimmung von Aquiferparametern auf Basis analytischer Lösungen. Erfreulich ist insbesondere, dass das Programm über die Homepage des Verlages frei herunterzuladen ist. Ein Spezialabschnitt dieses Kapitels befasst sich mit radiohydrometrischen Einbohrlochmethoden.

Abschließend werden aus den verschiedensten Bereichen der Hydrogeologie Anwendungs- und Auswertebeispiele zu Karst-, Kluft- und Porengrundwasser, Uferfiltratuntersuchungen und Tiefenwassern, zum Gletscherabfluss, zu Oberflächengewässern und zum Ingenieurwesen angeführt (139 S.). Musste in der ersten Auflage auf Abschnitte über Kluftgrundwasser und Oberflächengewasser verzichtet bzw. eine sehr gekürzte Darstellung in Kauf genommen werden, so sind nun diese Anwendungsbereiche in ausgewogener Form berücksichtigt. Im Bereich Ingenieurwesen kam zu den Anwendungen bei Dichtheitsproblemen (z.B. bei Dämmen), in der Tiefbohrtechnik und bei hydraulischen Tests ein neuer Abschnitt über Verteilungstracer hinzu. Der Abschnitt bietet einen gerafften Überblick über den Einsatzbereich derartiger Tracer und führt in das Gebiet der Hydro(geo)logie des Stofftransportes organischer Schadstoffe mit Anwendungen im Bereich der Altlastenproblematik. Die darin angeschnittene Problematik wird in Zukunft auf Grund der vielfaltigen anthropogenen Belastungen der Umwelt erhöhte Bedeutung erlangen. Die Beispiele des Schlusskapitels sind so gewählt, dass der Praktiker anhand konkreter schon durchgeführter Versuche Anregungen zur Lösung eigener Fragestellungen finden wird.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass hier ein äußerst kompaktes Lehrbuch über Tracermethodik vorliegt, das als Leserkreis Hydro(geo)logen, (Geo-) Chemiker, die Wasserwirtschaft sowie Universitäten und Fachhochschulen anspricht.

Ralf Benischke, Graz

Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft Heft 11-12/2004

Bespr.: Wasserwirtschaft Heft 1-2/2004, S. 10 top ↑

In der etablierten Reihe der Lehrbücher der Hydrogeologie wurde mit dem überarbeiteten 9. Band Geohydrogische Markierungstechnik dieses wichtige Grundlagenwissen für Hydrogeologen auf dem aktuellen Kenntnisstand zusammengestellt.

Das Lehrbuch wendet sich in erster Linie an Studierende und Praktiker der Hydrogeologie. Richtungweisend sind die beschriebenen Grundlagen und Verfahren ebenso für Wissenschaftler und Praktiker benachbarter Fachrichtungen, von der Geologie und Geochemie bis zur Hydrologie und Physik.

Den Autoren gelingt es, trotz der nüchternen Darstellung, die dem Lehrbuch gebührt, einen Spannungsbogen von der wissenschaftshistorischen Einordnung der Verfahren und eingesetzten Markierungsstoffe bis zu ihrem Einsatz bei verschiedenen hydrogeologischen und hydrologischen Fragestellungen aufzubauen. Die Markierungstechnik wird im historischen Kontext eingeordnet und damit in ihrem Werdegang interessant präsentiert. Die eingesetzten Stoffe werden im Einzelnen mit ihren stofflichen Eigenarten, Empfehlungen für die Einsatzgebiete und Informationen über Bezugsquellen umfassend erläutert. Dadurch entsteht für den Praktiker ein hoher Nutzwert aus diesem Lehrbuch. Neben den unmittelbaren Anwendungsbeispielen aus hydrogeologischen Aufgaben im engeren Sinne, verweisen Diskurse in Anwendungen beispielsweise auf Fragen des Bodenwassers oder bei Sedimentbewegungen immer wieder auf die Mittlerrolle, die Markierungsverfahren über die verschiedenen geowissenschaftlichen und hydrologischen Fachdisziplinen innehaben.

Auf insgesamt 540 Seiten mit anschaulichen Grafiken und einem sinnvollen Bildanhang gelingt es den Autoren, das Thema umfassend abzuhandeln, und trotz des gegenüber der ersten Auflage erweiterten Inhalts durch Straffungen von Textpassagen den Buchumfang der Erstauflage beizubehalten.

Wasserwirtschaft Heft 1-2/2004, S. 10

Besprechung: gwf-Wasser 3/05 top ↑

Das Buch "Geohydrologische Markierungstechnik" behandelt folgende Schwerpunkte:
­-Begriffsbestimmungen
­-Markierungsmittel
­-Vorbereitung und Durchführung von Markierungsversuchen
­-Auswertung von Markierungsversuchen
­-Anwendungs- und Auswertebeispiele

Das Buch beginnt mit einer Unterscheidung von künstlichen und natürlichen Markierungsmitteln. Im Folgenden wird auf verschiedene Markierungsmittel (Tracer) eingegangen. Als Tracer können u. a. Farbstoffe, Salze,Tenside, radioaktive Substanzen, sowie auch Bakterien und Phagen verwendet werden. Die einzelnen Tracer werden ausführlich beschrieben.Ein weiteres Kapitel widmet sich der Vorbereitung und Durchführung von Markierungsversuchen. Hier werden Randbedingungen wie rechtliche Fragen, Auswahl der Art und Menge des Markierungsmittels und Auswahl der Eingabestelle besprochen.
Zum Kapitel "Auswertung von Markierungsversuchen" kann auf der homepage des Verlages unter www.borntraeger.cramer.de, das Programm TRACI 98 zur Auswertung von Tracerversuchen kostenlos heruntergeladen werden. In diesem Programm sind die im Buch beschriebenen analytischen Lösungen enthalten.

Das Werk schließt mit zahlreichen Anwendungs- und Auswertebeispielen. Insgesamt ist das Buch sehr empfehlenswert, da es das behandelte Themengebiet abgerundet und anschaulich darstellt.
C. Schwarz

Revue top ↑

Werner Käß is a leading tracer hydrogeologist in Germany and the first English edition of this book was published seven years ago (Käß, W. [1998]: Tracing Technique in Geohydrology. - 581 p., 270 fig., 40 tab., 8 platt; Rotterdam [Balkema].)
He recently published his 2nd edition of the German version. His tracer books are still the only comprehensive books on tracer techniques, and none of the many guidelines published in several countries reach Käß' completeness - with the exception of mine water tracer tests. "Geohydrologische Markierungstechnik" [Geohydraulic Tracer Techniques] is divided into 5 chapters and has an excellent reference section covering 46 pages of English, German, and French literature. Besides that, there is a register with a location index, a subject index and a German-English glossary, the latter being very helpful when reading English publications about tracer techniques.

As in the earlier English and German editions, Käß made use of 13 experts, who wrote special chapters, adding substantial expert knowledge to the book. First, all known tracer types are described in detail on 255 pages and even exotic tracers, such as eels or tennis balls are mentioned. Then, the preparation and execution of a tracer test is explained and a thorough description of their evaluation is given. Of great value is Käß' last chapter, which gives examples of nine different types of applications from surface water to ground water with more than 30 case studies. Compared to the last edition, this section has been substantially extended.

Everybody who is conducting tracer tests or who has to interpret them should buy this book. It is written for hydrogeologists and hydrologists as well as for engineers and it covers a great deal more material than the first edition or the English translation.

Bespr.: Zentralblatt für Geologie u. Paläontologie Teil II Jahrg. 2005 H. 5/6 top ↑

Werner KÄSS legt 12 Jahre nach der Publikation seines Buches über Geohydrologische Markierungstechnik die zweite, überarbeitete und erweiterte Auflage vor; dass die Erstauflage nach 10 Jahren vergriffen war, ist einer der Gründe für den Neudruck; der andere Grund sind die Verbesserung der Markierungstechniken und der Auswertungsverfahren von Markierungsversuchen. Wie groß das internationale Interesse an hydrogeologischen Markierungstechniken ist - in diesem Fall an den Erfahrungen des Autors KÄSS - belegt die unverändert nachgedruckte englische Fassung im Jahr 1998.

Markierungsmethoden benutzt man in der Hydrogeologie, um die Wege des Sicker- und des Grundwassers im Boden und Gestein kennen zu lernen und um die Fließgeschwindigkeit und die Aufenthaltsdauer im Untergrund zu beschreiben. Dabei gibt man Fremdstoffe (Tracer) in das Wasser ein, die weder mit dem strömenden Medium, dem Wasser, noch mit dem durchströmten Untergrund reaktive Veränderungen eingehen und so an den Austritts- bzw. Entnahmestellen sicher nachgewiesen werden können. Von hier aus lässt sich ein Brückenschlag zu einem Hauptproblem unserer heutigen Umwelt machen, nämlich das Einbringen von - anthroprogenen - Schadstoffen in Böden und in Gewässer. Solche Schadstoffe können - wenn sie nicht reaktiven Prozessen oder Sorptionen unterliegen - wie Tracer wirken; dann lassen sich auch mit Einsatz der hydrogeologischen Markierungstechniken das Transportverhalten und die Ausbreitung von Schadstoffen im Grundwasser exakter nachweisen.

W. KÄSS konnte 13 weitere Autoren für das vorliegende Handbuch gewinnen, allesamt ausgewiesene Spezialisten für die Thematik Markierungstechnik und durch ihre Publikationen international gesuchte Kooperationspartner. Mit diesem Team konnte er ein grundlegendes, umfassendes Handbuch vorlegen, das auf dem neuesten Stand der Forschungsergebnisse in der Markierungstechnik beruht, das allen Detailfragen mit besten Lösungsansätzen nachgeht und das wohl auch bald - wie schon die Erstauflage - vergriffen sein wird.

Der Aufbau des Werkes ist konsequent durchgeführt. In der Einleitung erfolgen Begriffsbestimmungen für künstliche und ``natürliche'' Markierungsstoffe. Im Kapitel ``Markierungsmittel'' (S. 14-268) werden alle bekannten und zusätzlich die in jüngster Zeit eingesetzten neuen Tracer akribisch vorgestellt. Vorangesetzt werden die Fluoreszenzstoffe, die bekanntesten und die am häufigsten genutzten Tracer; dazu gehören das Uranin, das schon vor über 100 Jahren zum Nachweis von Strömungsrichtungen des Grundwassers bekannt war. Für alle Tracer beschreibt man die physiko-chemischen Charakteristika, ihr Lösungsverhalten, ihre Farbgebung (vgl. dazu Farbtafel I, S. 521), die jeweilige Dotierungsmenge sowie die Nachweistechnik und belegt sie meist mit Anwendungsbeispielen. Hervorragende Abbildungen ergänzen die Textaussagen - nahezu auf jeder zweiten Seite findet man eine Abbildung - und belegen sie, was die Lektüre des gesamten Buches spannend macht und das Interesse des Lesers stetig steigert. Da sieht man gern darüber hinweg, dass sich - wenn auch äußerst selten - ein Druckfehler einstellt oder dass sich eine kleine Nachlässigkeit einschleicht wie die fehlende Dimension auf der Ordinate bei Abb. 7.

Neben den Farbstoffen stellt der Koautor BEHRENS außer Salzen und Tensiden im Unterkapitel 2.4 (S. 144-161) die radioaktiven und die aktivierungsanalytischen Tracer eingehend dar, wobei er besonders auf die Messungstechnik und auf die Anwendung dieser eleganten, aber aufwändigen Markierungsmethode eingeht. Besonderes Interesse verlangt die Beschreibung von Triftkörpern, die man bei Tracerversuchen benutzt; dazu zählt die umweltschonende Nutzung von Sporen, die Anwendung von Bakterien und Phagen und deren Einsatzgebiete. Ein überraschendes Verfahren ist der Einsatz der Geobombe, ein Schallwellen erzeugender Schwimmkörper in weitlumigen Karsthohlräumen (S. 233).

MOSER beschreibt aus seinen langjährigen Arbeiten mit Umweltisotopen (z. B. Deuterium, Tritium, 13C und 14C) Vorkommen, Verhalten und Nachweis dieser bei Markierungsversuchen im Wasser verwendeten Isotope; daran schließt er spezielle Auswerteverfahren der Messergebnisse an und macht überzeugende Aussagen über Grundwasserverweilzeiten und zur Grundwasserdatierung (S. 238-259).

KÄSS stellt mit dem Kapitel Vorbereitung und Durchführung von Markierungsversuchen (S. 269-289) die Ergebnisse seiner Lebensarbeit über diese Thematik in geraffter, aber doch alle Teilbereiche - z. B. Rechtsfragen, Auswahl der Eingabe- und Beobachtungsstellen und des Markierungsmittels bzw. seiner Eingabemenge - erfassender Form vor. Text und die beigefügten Abbildungen und Themenkarte verlocken dazu, sich jetzt selbst einmal an einem Markierungsversuch zu beteiligen. Hieran schließt sich folgerichtig die von SCHULZ in seinen langjährigen Forschungen erarbeitete Auswertung von Markierungsversuchen (S. 291-334) an. Eingehend erläutert er die physikalischen Grundlagen des Stofftransports im Untergrund - Dispersion, räumliche und zeitliche Verteilung von Tracerwolken - und geochemische Reaktionen beim Stofftransport mit Verteilungskoeffizent und Retardationsfaktor, Abbaureaktionen, Kationenaustausch-Reaktionen und Lösungs- und Fällungs-Reaktionen; alles Vorgänge, die beim Stofftransport ablaufen und ohne deren vollständige Kenntnis eine problembezogene Auswertung nicht fehlerfrei möglich ist. Die Auswertung von Durchgangskurven von Tracern ermöglicht die Ermittlung der Abstandsgeschwindigkeiten, der Dispersivitäten und der geochemischen Reaktionen.

Das Werk schließt mit dem umfangreichen Kapitel Anwendungsund Auswertebeispiele (S. 335-473). Hier haben fast alle der Ko- Autoren aus ihrem jeweiligen ganz speziellen Forschungsgebiet - u. a. auch aus Ingenieurwesen, Gletscherabfluss, Oberflächengewässern, Tiefenwässern - Beispiele für die Tracer-Technik beigetragen, wofür Lehrbücher, zusammenfassende Darstellungen, Bibliographienmm 777 02/Paläontologie S. 733-792 18.04.2006 16:55 Uhr Seite 777 ihnen wegen der fachlich klaren Beschreibung der einzelnen Fälle und wegen der Beweisführung für die Lösungsansätze großer Dank gebührt. Nach dem Studium aller vorangestellten Kapitel liest man diese Präsentation der Beispiele mit größtem Genuss. Die Lektüre von KÄSS’ Handbuch regt jeden Leser zur Mitarbeit an. Seite für Seite liest man mit wachsender Spannung. Dazu trug nicht nur die ausgezeichnete Kooperation des Autorenteams bei, sondern auch der Verlag Borntraeger/Schweizerbart durch seine Bereitschaft, ein solch herausragendes Handbuch in dieser ansprechenden Form zu publizieren.

K. Poll

Zentralblatt für Geologie und Paläontologie Teil II Jahrg. 2005 Heft 5/6

Bespr.: Beiträge zur Hydrogeologie / 55, Jg. 2004/05/06, S. 171-172 top ↑

Ziel der Markierung von Grund- und Oberflächenwasser ist es, Informationen über die Herkunft des Wassers, seine Fließwege und seine Bewegungsformen sowie über Eigenschaften des betroffenen Aquifers oder Gewässers zu erhalten. Diese Methodik stellt innerhalb der Hydrogeologie eine Spezialdisziplin dar.

Im Jahre 1992 erschien die erste Auflage dieses Buches in der Reihe ``Lehrbuch der Hydrogeologie'' als Band 9. Das Buch hat über den deutschen Sprachraum hinaus weitere Verbreitung gefunden und erschien 1998 auch als englische Ausgabe unter dem Titel ``Tracing Technique in Geohydrology'' (bei A.A. Balkema), die zwischenzeitlich nachgedruckt wurde.

Der Verfasser weist im Vorwort darauf hin, dass das Buch auf Anregung der Arbeitsgemeinschaft für Tracer-Hydrologie (ATH) entstanden ist. Als einer der Mitbegründer dieser Arbeitsgemeinschaft, deren Ziel die Entwicklung und Anwendung neuer Tracer und Markierungstechniken ist, hat der Autor es unternommen, das Thema einer möglichst umfassenden Betrachtung zu unterziehen. Dazu konnte er aus den verschiedensten Disziplinen wie (Geo)chemie, Hydro(geo)logie und Physik weitere 13 Kollegen gewinnen, die mit eigenen Fachbeiträgen vertreten sind.

Im überarbeiteten in zweiter Auflage vorliegenden Lehrbuch werden in den Hauptkapiteln (Einführung, Markierungsmittel, Vorbereitung und Durchführung von Markierungsversuchen, Auswertung von Markierungsversuchen, Anwendungs- und Auswertebeispiele) alle wesentlichen Aspekte der Markierungstechnik behandelt. Den Abschluss bildet ein Schrifttumsverzeichnis, in einem Anhang sind Umrechnungstabellen zu Atombzw. Molekülmassen, Farbtafeln, ein Ortsverzeichnis, ein Sachregister sowie ein Glossar in Deutsch/Englisch bzw. Englisch/Deutsch zu Fachbegriffen der Markierungstechnik beigefügt.

Im vorgegebenen Rahmen wurde auf Straffung des Textes geachtet. Der Gesamtumfang des Buches liegt nur wenig über dem der ersten Auflage. Die deutliche Ausweitung des Literaturverzeichnisses mit 1244 Einträgen lässt erkennen, dass die neueren Entwicklungen der seit der Erstauflage vergangenen Zeitspanne berücksichtigt wurden.

Ausführlich (255 Seiten) erfolgt die Darstellung der Markierungsmittel. Der Autor bringt dazu seine besondere Erfahrung vor allem im Bereich der Farbstoffe und Salze ein. In weiteren Abschnitten werden radioaktive und aktivierungsanalytische Tracer, Partikeltracer wie Sporen, Mikrosphären, Bakterien und Phagen sowie von den natürlichen Tracern vor allem Umweltisotope, ihr Vorkommen und ihr Nachweis behandelt.

Für Anwender stellen die Ausführungen zur Vorbereitung und Durchführung von Markierungsversuchen eine wertvolle Praxishilfe dar.

Das Kapitel über die Auswertung von Markierungsversuchen wurde gegenüber der Erstausgabe wesentlich verändert. Neben der Vermittlung physikalischer Grundlagen des Stofftransportes und seiner mathematischen Behandlung wurde auch das mathematische 172 Modell TRACI aufgenommen, das bisher nur in der englischen Fassung des Buches als CD-Beilage zur Verfügung stand. Es ermöglicht die Auswertung von Tracerdurchgängen und die Bestimmung von Aquiferparametern auf Basis analytischer Lösungen. Besonders hervorzuheben ist, dass das Programm über die Homepage des Verlages frei herunterzuladen ist. Ein weiterer Spezialabschnitt dieses Kapitels handelt von radiohydrometrischen Einbohrlochmethoden.

Aus verschiedensten Bereichen der Hydrogeologie werden Anwendungs- und Auswertebeispiele zu Karst-, Kluft- und Porengrundwasser, Uferfiltratuntersuchungen und Tiefenwässern, zum Gletscherabfluss, zu Oberflächengewässern und zum Ingenieurwesen gebracht (139 Seiten). In der Erstauflage musste noch eine eingeschränkte Darstellung über Kluftgrundwasser und Oberflächengewässer in Kauf genommen werden. Nunmehr wurden diese Anwendungsbereiche ausgewogen berücksichtigt. Im Bereich Ingenieurwesen kam ein neuer Abschnitt über Verteilungstracer hinzu, der einen Überblick über den Einsatzbereich derartiger Tracer bietet und in das Gebiet des Stofftransportes organischer Schadstoffe mit Anwendungen im Bereich der Altlastenproblematik führt. Diese Problematik wird in Zukunft aufgrund der vielfältigen anthropogenen Belastungen der Umwelt von erhöhter Bedeutung sein. Die Beispiele des Schlusskapitels sind dazu geeignet, dem Praktiker Anregungen zur Lösung eigener Fragestellungen zu bieten.

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass hier für den Leserkreis der Hydro(geo)logen, (Geo)chemiker, der Wasserwirtschaft sowie der Universitäten und Fachhochschulen ein äußerst instruktives und umfassendes Lehrbuch zur Tracermethodik vorliegt.

Ralf Benischke

Beiträge zur Hydrogeologie 55, Jg. 2004/05/06, S. 171-172

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Vorwort des Herausgebers VII
Vorwort des Autors VIII
1. Einführung (W. KÄSS) 1
1.1 Einleitung 1
1.2 Begriffsbestimmungen 8
1.2.1 Künstliche Markierungsmittel 8
1.2.2 Natürliche" Markierungsmittel 11
1.3 Anwendungsgebiete 11
2. Markierungsmittel (Tracer) 14
2.1 Farbstoffe (W. KÄSS) 15
2.1.1 Fluoreszenzstoffe 16
2.1.1.1 Uranin 18
2.1.1.2 Eosin 28
2.1.1.3 Rhodamin B 29
2.1.1.4 Sulforhodamin B 31
2.1.1.5 Amidorhodamin G 33
2.1.1.6 Rhodamin WT 35
2.1.1.7 Andere Xanthenfarbstoffe 36
2.1.1.8 Pyranin 38
2.1.1.9 Natrium-Naphthionat 40
2.1.1.10 Lanaperl-Echtgelb 41
2.1.1.11 Lissamin 42
2.1.1.12 Optische Aufheller 44
2.1.2 Nichtfluoreszierende Farbstoffe 49
2.1.3 Analytik 50
2.1.3.1 Physiko-Chemie der Fluoreszenzstoffe 50
2.1.3.2 Qualitative Untersuchung 64
2.1.3.3 Quantitative Bestimmung 67
2.1.3.4 Stofftrennungen 79
2.1.3.5 Anreicherungsmethoden 87
2.1.4 Physiologie der Farbstoffe 93
2.1.4.1 Abbau von Fluoreszenzfarbstoffen in Gewässern 93
2.1.4.2 Toxikologie 98
2.2 Salze (W. KÄSS) 104
2.2.1 Natriumchlorid 106
2.2.2 Lithium 112
2.2.3 Kaliumchlorid 117
2.2.4 Borax 121
2.2.5 Andere Salze 124
2.3 Tenside, Geruchsstoffe und andere Chemikalien (W. KÄSS) 129
2.3.1 Tenside (oberflächenaktive Stoffe) 129
2.3.2 Geruchsstoffe 136
2.3.3 Andere Chemikalien 141
2.4 Radioaktive und aktivierungsanalytische Tracer (H. BEHRENS) 144
2.4.1 Einführung und Grundbegriffe der Radioaktivität 144
2.4.2 Der radioaktive Zerfall 145
2.4.2.1 Das Zerfallsgesetz 145
2.4.2.2 Ativitätseinheiten und Mengen von Radionukliden 146
2.4.2.3 Zerfallsarten und Eigenschaften der radioaktiven Strahlung 147
2.4.3 Die Messung der radioaktiven Strahlung 148
2.4.3.1 Strahlungsdetektoren 148
2.4.3.2 Strahlungsmesselektronik 151
2.4.3.3 Genauigkeit und Empfindlichkeit von Radioaktivitätsmessungen 151
2.4.3.4 Genauigkeit von Radioaktivitätsmessungen, Absolut- und Relativmessungen 153
2.4.4 Aktivierungsanalytische Tracer 153
2.4.5 Auswahl von Radionukliden und aktivierungsanalytischen Tracern als
hydrologische Markierungsmittel 154
2.4.5.1 Strahlungseigenschaften 154
2.4.5.2 Chemische Eigenschaften von Radiotracern 157
2.4.6 Anwendung von Radiotracern in der geohydrologischen Praxis 158
2.4.6.1 Radioaktive Tracer in Oberflächengewässern 159
2.4.6.2 Radioaktive Tracer im Grundwasser 160
2.4.7 Schlussfolgerungen 161
2.5 Bärlappsporen (W. KÄSS) 162
2.5.1 Naturbelassene Sporen 165
2.5.2 Einfachgefärbte Sporen 166
2.5.3 Fluoreszierende Sporen 172
2.5.4 Zur Durchführung von Sporentriftversuchen 175
2.6 Fluoreszierende Kügelchen (W. KÄSS) 186
2.7 Bakterien (W. KÄSS) 192
2.7.1 Einleitung 192
2.7.2 Anforderungen an Bakterien zur Wassermarkierung 193
2.7.3 Bakterienarten zur Wassermarkierung 193
2.7.3.1 Serratia marcescens BIZIO 1823 193
2.7.3.2 Escherichia coli ESCHERICH 1885 201
2.7.3.3 Andere Mikroorganismen 201
2.7.4 Einsatzgebiete 203
2.7.4.1 Kluftgrundwasserleiter 203
2.7.4.2 Porengrundwasserleiter 204
2.7.4.3 Karstwasser 205
2.7.4.4 Ungesättigte Zone 207
2.7.4.5 Säulenversuche 207
2.7.4.6 Oberflächengewässer 208
2.7.4.7 Küstengewässer 208
2.8 Phagen (P. ROSSI & W. KÄSS) 209
2.8.1 Einleitung 209
2.8.2 Was sind Bakteriophagen? 210
2.8.3 Phagen als hydrologische Markierungsmittel 211
2.8.4 Die Vorbereitung der Phagensuspension 213
2.8.5 Umwelteinflüsse auf das Überleben von Phagen 213
2.8.6 Probennahme, Probentransport, Probenlagerung und Phagenzählung in
Wasserproben 216
2.8.7 Anwendungsgebiete für Phagenmarkierungen 221
2.8.8 Die natürliche Verbreitung von Phagen 232
2.8.9 Bewertung von Phagen als Markierungsmittel 232
2.9 Geobombe (W. KÄSS) 233
2.10 Andere Triftkörper (W. KÄSS) 234
2.11 Umweltisotope (H. MOSER) 238
2.11.1 Einleitung 238
2.11.2 Nachweis, Vorkommen und Verhalten im Wasserkreislauf der derzeit für
hydrologische Untersuchungen verwendeten Umweltisotope 239
2.11.2.1 Deuterium (2H) und Sauerstoff-18 (18O) 240
2.11.2.2 Tritium (3H) 242
2.11.2.3 Edelgasisotope (3He, 4He, 39Ar, 85Kr) 243
2.11.2.4 Kohlenstoff-13 und -14 (13C, 14C) 246
2.11.2.5 Chlor-36 (36Cl) 247
2.11.2.6 Schwefel-34 (34S) und Stickstoff-15 (15N) 248
2.11.3 Spezielle Auswerteverfahren von Umweltisotopen-Messungen 251
2.11.3.1 Radioaktiver Zerfall 251
2.11.3.2 Input-Output-Modelle zur Bestimmung von Grundwasserverweilzeiten 251
2.11.3.3 Bereiche und Genauigkeit der Grundwasserdatierung mit Umweltisotopen 255
2.11.3.4 Bestimmung von Mischwasser-Komponenten 258
2.11.3.5 Weitere hydrologische Aussagen 259
2.11.3.6 Schlussbemerkungen 259
2.12 Umweltchemikalien (W. KÄSS) 260
2.12.1 Schleichende Stoffabgabe 260
2.12.2 Grundwasser-Schadensfälle 263
2.13 Umweltorganismen (W. KÄSS) 266
2.14 Physikalische Umwelteinflüsse (W. KÄSS) 267
3. Vorbereitung und Durchführung von Markierversuchen (W. KÄSS) 269
3.1 Vorerkundungen und Vorerhebungen 269
3.2 Die Versuchsvorbereitung 270
3.2.1 Rechtliche Fragen 270
3.2.2 Auswahl der Eingabestellen 271
3.2.3 Auswahl der Beobachtungsstellen 271
3.2.4 Auswahl des Markierungsmittels 272
3.2.5 Auswahl der Markierungsmittelmenge 277
3.2.6 Versuchsplan 279
3.3 Markierungsvorgang 279
3.3.1 Einspeisezeitpunkt 279
3.3.2 Markierungsmittel-Einspeisung 280
3.3.3 Probennahme 284
3.4 Die Untersuchung der Proben 287
3.5 Dokumentation von Markierversuchen 288
3.6 Darstellung der Untersuchungsergebnisse 289
4. Auswertung von Markierungsversuchen (H.D. SCHULZ) 291
4.1 Physikalische Grundlagen des Stofftransports im Untergrund (H.D. SCHULZ) 291
4.1.1 Stofftransport und Dispersion 291
4.1.2 Der Dispersions-Koeffizient 295
4.1.3 Räumliche Verteilung von Tracer-Wolken 298
4.1.4 Zeitliche Verteilung von Tracer-Wolken 301
4.1.5 Computer-Modelle zur Simulation des Stofftransports 303
4.2 Stofftransport und geochemische Reaktionen (H.D. SCHULZ) 304
4.2.1 Verteilungs-Koeffizient und Retardations-Faktor 305
4.2.2 Abbau-Reaktionen 307
4.2.3 Kationenaustausch-Reaktionen, Selektivitäten 307
4.2.4 Lösungs- und Fällungs-Reaktionen 309
4.2.5 Computer-Modelle zur Simulation des reaktiven Stofftransports 310
4.3 Auswertung von Durchgangskurven (H.D. SCHULZ) 314
4.3.1 Ermittlung der Abstandsgeschwindigkeit 314
4.3.2 Ermittlung der Dispersivitäten 317
4.3.3 Erkennen und Bewerten geochemischer Reaktionen 319
4.3.4 Auswertungsbeispiele 320
4.4 TRACI ­ Ein mathematisches Interpretationsmodell für Markierversuche (A. WERNER) 322
4.4.1 Analytische Lösungen 323
4.4.2 Durchführung eines Markierungsversuches für die Auswertung mit
analytischen Lösungen 326
4.4.3 Bestimmung der Parameter 327
4.5 Radiohydrometrische Einbohrlochmethoden (H. MOSER) 329
4.5.1 Einleitung 329
4.5.2 Tracerverdünnungslog und Tracerflowmeter 330
4.5.3 Anwendungsbereiche 332
5. Anwendungs- und Auswertebeispiele 335
5.1 Ungesättigte Zone 335
5.1.1 Porensickerwasser ­ Leibnitzer Feld (J. FANK) 335
5.1.1.1 Einleitung 335
5.1.1.2 Fallbeispiel Forschungsstation Wagna 337
5.1.2 Müllsickerwasser ­ Eckenweiherhof/Mühlacker (H. HÖTZL) 343
5.1.2.1 Problemstellung und Fallbeispiel Sondermülldeponie 343
5.1.2.2 Tracereignung für Sickerwässer 346
5.1.2.3 Versuchsdurchführung und Ergebnisse 348
5.2 Karstgrundwasser (H. HÖTZL) 350
5.2.1 Besonderheiten des Einsatzes von Tracerversuchen 350
5.2.2 Entwässerungssysteme alpiner Karstareale 355
5.2.2.1 Karstplateau des Tennengebirges 355
5.2.2.2 Hochalpines Faltengebirge ­ Muotatal 359
5.2.3 Abgrenzung von Einzugsgebieten auf der Schwäbischen Alb 364
5.2.4 Wasserwirtschaftliche Fragen ­ Donauversickerung 369
5.3 Kluftgrundwasser 376
5.3.1 Allgemeine Betrachtungen (W. KÄSS) 376
5.3.2 Talzuschübe und Felsgleitungen (H. HÖTZL) 378
5.3.3 Tracerexperimente in einer hochdurchlässigen Störungszone des Albtalgranits
­ Testgebiet Lindau im Südschwarzwald ­ (TH. HIMMELSBACH) 383
5.3.3.1 Einleitung 383
5.3.3.2 Hydrogeologie des Testgebietes 384
5.3.3.3 Tracer-Experimente 386
5.3.3.4 Transport-Modell 390
5.3.3.5 Ergebnisse der Markierungsversuche 396
5.3.3.6 Mehrfach-Markierungsversuche (W. KÄSS) 400
5.4 Porengrundwasser (W. KÄSS) 403
5.4.1 Hydraulik ­ Merdingen 403
5.4.2 Stofftransport ­ Savinja-Tal 407
5.4.3 Schutzgebiet Merdingen 409
5.5 Uferfiltrationsuntersuchungen 410
5.5.1 Trinkwasserschutz (H. MOSER) 410
5.5.2 Schadstoffausbreitung ­ Böckinger Wiesen, Heilbronn/Südwestdeutschland (H. HÖTZL) 414
5.5.3 Quantifizierung im Kluftwasser (W. KÄSS) 421
5.6 Tiefenwässer (W. KÄSS) 423
5.6.1 Tiefenwasserzirkulation ­ Saulgau 423
5.6.2 Ölfeldwässer ­ Steimbke 426
5.7 Gletscherabfluss (K. GRUST & R. HOCK) 428
5.7.1 Einführung 428
5.7.2 Das Entwässerungssystem eines Gletschers 429
5.7.3 Methodische Hinweise 430
5.7.4 Auswertung der Tracerdurchgangskurve 434
5.7.5 Ergebnisse aus der Forschung 438
5.7.5.1 Künstliche Tracer 438
5.7.5.2 Natürliche Tracer 444
5.7.6 Schlussfolgerung und Ausblick 445
5.8 Oberflächengewässer (K. GRUST) 445
5.8.1 Fließgewässer 445
5.8.1.1 Methodische Hinweise 446
5.8.1.2 Abflussmessung 447
5.8.1.3 Transport gelöster Stoffe 451
5.8.1.4 Geschiebetransport 452
5.8.1.5 Gewässerökologische Untersuchungen 455
5.8.1.6 Bestimmung der Wiederbelüftungsrate eines Flusses 456
5.8.2 Stehende Gewässer 457
5.8.3 Küstengewässer und Ozeane 461
5.9 Ingenieurwesen 461
5.9.1 Dichtheitsprüfung (W. KÄSS) 462
5.9.2 Tiefbohrtechnik (W. KÄSS) 464
5.9.3 Hydraulische Tests (I. STOBER) 465
5.9.4 Verteilungstracer (D. HUNKELER & P. HÖHENER) 469
Schrifttumsverzeichnis 474
Anhang
Umrechnungstabelle 520
Farbtafeln I­VIII 521
Register
Ortsregister 529
Sachregister 533
Glossar Deutsch/Englisch ­ English/German 540