Verwendung von Kanalnetzcharakteristiken zur Ableitung von optimierten punkt-basierten Monitoringsystemen - INCIDENT

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Dietrich; Professor Dr.-Ing. Olaf Kolditz, seit 4/2020; Professor Dr. Peter Krebs; Professor Dr. Rudolf Liedl
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402833446

Der Schutz von Oberflächen- und Grundwasserkörpern gegen potentielle Verunreinigungen (z.B. Xenobiotika) hat an Bedeutung entscheidend zugenommen. Der Einfluss dieser Substanzen auf Umwelt und Mensch können nach wie vor nicht umfassend erfasst werden und liegen daher im Fokus aktueller Forschung. Ein signifikantes Gefährdungspotential geht von Leckagen in Kanalnetzen aus. Aufgrund der hohen Bandbreite an Kanalzuständen (z.B. Alter) und den einhergehenden verschiedenen Schadbildern von Kanalrohren, birgt die zeitlich und räumlich hochvariable Exfiltration von Schadstoffen ein zunehmendes Kontaminationsrisiko.Kanalnetzleckagen und die zeitlich-räumliche Verteilung der Schadstoffe in vadoser und gesättigter Zone hängen sowohl von Untergrundeigenschaften als auch der geometrischen Struktur der Kanalnetze ab. Aufgrund der primär vertikalen Fließprozesse in der ungesättigten Zone, nehmen wir an, dass kanalnetzbürtige Schadstofffahnen von multiplen, kleinskaligen Kanalnetzdefekten die Grundwasseroberfläche als eindimensionale, horizontale Linienquellen erreichen. Aufgrund von sich überlagernden Prozessen und externen Stressoren ist es nicht praktikabel, jeden individuellen Kanaldefekt zu detektieren. Wir gehen davon aus, dass zur Ableitung und Ausweisung von potentiell durch Kanalleckagen gefährdeten Gebieten die Erfassung von Linienquellen und den daraus resultierenden Schadstofffahnen durch Grundwassermonitoring zielführend ist.Oft unterliegen urbane Grundwassermonitoringsysteme finanziellen und örtlichen Einschränkungen. Daher ist es nötig, die Anzahl und räumliche Verteilung der zur hinreichenden Erfassung von kanalbürtigen Schadstoffen benötigten Grundwasserbeobachtungsstellen zu evaluieren. Wir behaupten, dass (neben Untergrundeigenschaften) v.a. die Kanalnetzgeometrie einen signifikanten Einfluss auf die Schadstoffverteilung hat. Folglich sollte es möglich sein, kanalbürtige Schadstofffahnen mit Hilfe der kombinierten Nutzung von Grundwassermonitoring, Kanalnetzwerk- und Gebietseigenschaften zu erfassen und zu lokalisieren. Mittels der Eigenschaften und der räumlichen Verteilung von Linienquellen (hier Kanalnetzwerk) wird es überdies möglich sein, bereits existierende, punkt-basierte Monitoringsysteme (hier im Grundwasser) zu optimieren.Die zentrale Zielstellung dieses Antrags ist die Quantifizierung der Vorhersagefähigkeit, mit welcher ein gegebenes Grundwassermonitoringsystem Kanalnetzabschnitte als Quellen für Untergrundverunreinigungen unter Nutzung von Monte-Carlo-Modellansätzen zu lokalisieren vermag. Konzepte der Mehrzieloptimierung ermöglichen damit die Ableitung optimierter Grundwassermonitoringkonzepte für gegebene Kanalnetzstrukturen mit einer definierten Genauigkeit bzw. tolerierbaren Unsicherheit.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Marc Walther, bis 3/2020