Tracerexperimente zur Erkundung hydraulisch-hydrogeochemischer Eigenschaften heterogener Grundwasserleiter

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Tracerexperimente zur Erkun-dung hydraulisch-hydrogeo-chemischer Eigenschaftenheterogener GrundwasserleiterThomas Ptak

KurzfassungDie Erkundung heterogener Grundwasserleiter in einerz. B. für Transportprognosezwecke benötigten Auflösungist im Feldmaßstab aufgrund der räumlichen Variabilitätder maßgebenden Parameter mit vertretbarem Aufwandin der Regel nicht durchführbar. In den meisten Fällen istdie verfügbare Information nur für einen sehr kleinenVolumenbereich des Grundwasserleiters repräsentativ, dasie aus Aufschlußbohrungen stammt. Somit ergibt sich dieNotwendigkeit der Regionalisierung von Parametern desGrundwasserleiters, um ein für die Transportprognosenbenötigtes kontinuierliches, regionales Parameterfeld zuerzeugen. Hier bieten v. a. Tracertestverfahren mit erzwun-genem Gradienten den Vorteil, daß die zwischen den Boh-rungen liegenden Bereiche schnell und gezielt erkundetund anhand von effektiven Größen charakterisiert werdenkönnen. Bei Verwendung von reaktiven Tracern könnenzusätzlich zu den hydraulischen auch die hydrogeochemi-schen Grundwasserleitereigenschaften untersucht werden.In diesem Beitrag werden ausgewählte Tracertestverfahrenbeschrieben und Beispiele zur Anwendung im Feldmaßstabvorgestellt.

AbstractIn heterogeneous aquifers, predictions of contaminanttransport require detailed knowledge of aquifer parame-ters and their spatial distribution. In most cases this infor-mation cannot easily be obtained at acceptable expenses.In general, subsurface investigation techniques are appliedonly at borehole locations, and the parameter values mea-sured need to be regionalized in order to obtain continuousparameter fields. In such situations particularly forcedgradient tracer tests offer the possibility to quickly andefficiently investigate the aquifer between the wells and tocharacterize the relevant aquifer properties based on ef-fective parameter values. If, in addition, reactive tracersare used in the experiments, it is possible to investigateboth the hydraulic and hydrogeochemical aquifer proper-ties. This paper presents some selected tracer testing me-thods and gives examples of application at field scale.

EinleitungZahlreiche Deponien und Industrieansiedlungen, die zu loka-len oder flächenhaften Grundwasserverunreinigungen geführthaben, sind im Bereich stark heterogener alluvialer Grundwas-serleiter angesiedelt. An solchen Standorten ist für die Progno-se der Schadstoffausbreitung (z. B. zur Planung und Durchfüh-rung von Sanierungsmaßnahmen) insbesondere im Nahbereichdes Kontaminationsherdes die genaue Kenntnis der Parameter,die das Schadstoffausbreitungsverhalten bestimmen, notwendig.Information im Hinblick auf die Eigenschaften des Grundwas-serleiters steht üblicherweise nur an einzelnen Bohrungen bzw.Grundwassermeßstellen zur Verfügung, wobei die dort gewon-nenen Meßwerte meistens nur für einen sehr kleinen Volumen-bereich des Grundwasserleiters repräsentativ sind. Um ein fürdie Transportprognosen benötigtes kontinuierliches Parame-terfeld zu erzeugen, müssen Grundwasserleiter- und Transport-prozeßparameter regionalisiert werden. Da die Regionalisierungaufgrund der heterogenitätsbedingten räumlichen Variabilitätder maßgebenden Parameter des Grundwasserleiters in derRegel aufwendig und oftmals aufgrund der zur Verfügung ste-henden Datendichte nicht zuverlässig genug durchführbar ist,kann es vorteilhaft sein, effektive stofftransportrelevante Grö-ßen (z. B. Abstandsgeschwindigkeit, Dispersivität etc.) direkt

Rückblickauf ausgewählteAnwendungen

a33333333333333333333333333333333333Dr.-Ing. Th. Ptak,Universität Tübingen, Lehrstuhl für Angewandte Geologie,Sigwartstraße 10, 72076 Tübingen,Telefon: 07071-2976991, Telefax: 07071-5059,E-Mail: [email protected]

Eingang des Beitrages: 18.08.98Eingang des überarbeiteten Beitrages: 07.09.99

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auf der Skala des betrachteten Grundwasserleiterbereichs zubestimmen.Hier haben tracerhydrologische Verfahren eine wichtige Be-deutung. Prinzipiell unterscheidet man zwischen Tracertestver-fahren, bei denen ein oder mehrere Tracer in die natürlicheGrundwasserströmung zugegeben werden („Natural GradientTracer Tests“, NGTT-Verfahren), und Verfahren, bei denen dieStrömung durch Pump- und/oder Injektionsmaßnahmen be-einflußt wird („Forced Gradient Tracer Tests“, FGTT-Verfahren).Die Probennahme kann je nach Fragestellung entweder tiefen-gemittelt (integrale Probennahme) oder mit vertikaler Auflö-sung (Multilevel-Probennahme) erfolgen. Multilevel-Tracer-testverfahren sind dann sinnvoll, wenn aufgrund der sedimen-tologisch bedingten räumlichen Variabilität der hydraulischenund hydrogeochemischen Parameter des Grundwasserleitersinsbesondere im kleinräumigen Betrachtungsmaßstab dieKenntnis von tiefengemittelten Parametern für die Prognoseder Schadstoffausbreitung nicht ausreicht. Dies ist beispiels-weise dann der Fall, wenn hochdurchlässige Grundwasserlei-terbereiche, die bevorzugte Fließwege bilden, die Erstankunftvon Schadstoffen nach einer Kontamination bestimmen oderaber, wenn geringdurchlässige Grundwasserleiterbereiche alsSchadstoffspeicher über die erforderliche Dauer von Sanie-rungsmaßnahmen entscheiden.Zur Erkundung heterogener Grundwasserleiter entwickelteMultilevel-Tracertestverfahren mit erzwungenem Gradientenhaben dabei den Vorteil, daß die zwischen den Bohrungen lie-genden Bereiche vor allem schnell und kontrolliert erkundetund z. B. anhand von effektiven, für den untersuchten Bereichrepräsentativen Parametern charakterisiert werden können.Bei Verwendung von reaktiven Tracern können zusätzlich zuden hydraulischen auch die hydrogeochemischen Eigenschaf-ten des Grundwasserleiters untersucht werden.In diesem Beitrag werden NGTT- und FGTT-Verfahren gegen-übergestellt, neue FGTT-Tracertestverfahren beschrieben undEinsatzmöglichkeiten der Verfahren in heterogenen Grundwas-serleitern diskutiert. Schließlich werden Beispiele zur Anwen-dung unter Feldbedingungen vorgestellt.

TracertestverfahrenTracertestverfahren mit natürlichem Gradienten(NGTT-Versuche)

Bei dieser Anordnung wird die Tracermasse in der Regel puls-artig und, je nach Fragestellung, über die gesamte Mächtigkeitdes Grundwasserleiters gleichmäßig verteilt oder in einzelnenTiefenbereichen des Grundwasserleiters in die ungestörteGrundwasserströmung zugegeben. Tracerdurchbruchskurvenwerden dann in Meßstellen unterstrom der Tracerzugabestelletiefenintegriert oder tiefendifferenziert (Multilevel-Proben-nahme) gemessen.Der Erkundungsmaßstab von Tracerversuchen mit natürlichemGradienten ist nicht prinzipiell begrenzt. Limitierend ist viel-mehr die Versuchsdauer, die für einen vorgegebenen Erkun-dungsmaßstab durch die Abstandsgeschwindigkeit bestimmtwird. Bei der Versuchskonzipierung ist zu beachten, daß durcheventuelle, natürlich bedingte Änderungen der hydrologischenRandbedingungen die Auswertung erschwert werden kann.Hinzu kommt, daß in heterogenen Grundwasserleitern die De-tektion der Tracerfahne mittels Probennahme in einzelnen

Grundwassermeßstellen problematisch ist, weil bevorzugteFließwege die Tracerausbreitung dominieren (z. B. PTAK 1993,PTAK & TEUTSCH 1994) und eine sichere Erfassung der Tracer-fahne entsprechend ein unverhältnismäßig dichtes Meßstellen-netz erforderlich macht. In NGTT-Versuchen wurden z. T. Hun-derte von Probennahmepunkten beprobt (z. B. SUDICKY 1986,KILLEY et al. 1991; LEBLANC et al. 1991).Als vorteilhaft hat sich bei den NGTT-Versuchen die gleichzei-tige Injektion unterschiedlicher Tracer mit gleichem Trans-portverhalten an unterschiedlichen Injektionsbrunnen erwie-sen (Multitracer-Parallel-NGTT-Versuche, HERFORT et al. 1998).Da im Rahmen der Grundwasser-Probennahme die unter-schiedlichen Tracer gleichzeitig erfaßt werden können, führtdieser Ansatz zu einer wesentlichen Steigerung des Informati-onsgewinns bei einem nur geringen experimentellen Mehrauf-wand.NGTT-Versuche sind trotz des relativ hohen Aufwands v. a.dann sinnvoll, wenn z. B. Haupttransportrichtungen detektiertoder die vermutete Position von Schadstoffaustragsorten nach-gewiesen werden sollen. Die gemessenen Durchbruchskurvenkönnen ebenso zur Überprüfung von Transportmodellprogno-sen genutzt werden. Außerdem kann bei entsprechend dichter(Multilevel-)Beprobung auch die standorttypische Verteilungvon Tracerankunfts- bzw. Transportzeiten bestimmt werden,die bei der Schadstofftransportmodellierung mit neuen stoch-astischen Modellkonzepten (z. B. FINKEL et al. 1997) benötigtwird.Beispiele zur Anwendung und Auswertung von NGTT-Tracer-versuchen in heterogenen Grundwasserleitern sind z. B. inGELHAR & AXNESS (1983), DAGAN (1989), PTAK & TEUTSCH (1992),PTAK (1993) oder GELHAR (1993) enthalten.

Tracertestverfahren mit erzwungenem Gradienten(FGTT-Versuche)

Bei Tracertestverfahren mit erzwungenem Gradienten wird dernatürlichen Grundwasserströmung durch Pump- und/oderInjektionsmaßnahmen ein künstliches Strömungsfeld überla-gert. Die Reichweite des Experiments kann durch die Infiltrati-ons- bzw. Pumprate gesteuert werden. Als verfahrenstechnischvorteilhaft hat sich die Überlagerung einer radialsymmetrischenGrundwasserströmung mit einer momentanen Tracerzugabeerwiesen. Durch den erzwungenen hydraulischen Gradientender radialsymmetrischen Strömung können die erforderlichenVersuchslaufzeiten deutlich verkürzt werden. Ebenso kann derEinfluß der Schwankungen des natürlichen Gradienten wirk-sam reduziert werden.In der FGTT-Anordnung mit überlagerter divergenter radial-symmetrischer Grundwasserströmung wird in einer Grund-wassermeßstelle ein konstanter Grundwasservolumenstromeingeleitet. Nachdem sich ein quasistationärer Strömungszu-stand eingestellt hat, wird die Tracermasse über die gesamteverfilterte Mächtigkeit des Grundwasserleiters oder über ein-zelne (abgepackerte) Grundwasserleiterbereiche gleichmäßigverteilt pulsartig an der Grundwasserinfiltrationsstelle zugege-ben. In umliegenden Meßstellen werden dann mittels geeigne-ter Probennahme- oder Meßsysteme Tracerdurchbruchskurvengemessen, je nach Fragestellung tiefengemittelt oder mit Multi-level-Auflösung. Mit nur einer Tracersubstanz können somitim Prinzip gleichzeitig mehrere Abstromrichtungen erfaßtwerden. In Abbildung 1 ist die typische Versuchsanordnung


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zum Multilevel-FGTT-Verfahren mit divergenter Radialströ-mung dargestellt.Beim FGTT-Verfahren mit konvergenter Radialströmung wirddagegen Grundwasser in einer Meßstelle abgepumpt, die Tra-cermasse pulsartig über die gesamte Mächtigkeit oder übereinzelne Tiefenbereiche des Grundwasserleiters in einer odermehreren umliegenden Meßstellen zugegeben und die Tracer-durchbruchskurven mittels geeigneter Meßsysteme im Pump-brunnen selbst gemessen. Dabei ist im Pumpbrunnen bei Ver-wendung neu entwickelter Meßsysteme (PTAK & SCHMID 1996)auch eine Multilevel-Probennahme bzw. Multilevel-Messungmöglich. Sollen mehrere Zustromrichtungen gleichzeitig erfaßtwerden, können mehrere Tracer mit gleichem Transportverhal-ten eingesetzt werden (Multitracer-Versuch). Das FGTT-Ver-fahren mit konvergenter Strömung bietet die Möglichkeit einergenauen Bilanzierung (Bestimmung der Wiedergewinnungsra-te) der zugegebenen Tracerstoffe: Da die Tracer zum Pump-brunnen transportiert werden, lassen sich aus der Pumprateund den im Förderstrom gemessenen Konzentrationsganglini-en die abgepumpten Tracermassen sicher ermitteln.Die Multilevel-FGTT-Versuche ermöglichen die Charakterisie-rung von Strukturen des Grundwasserleiters, die Untersuchungder Konnektivität bzw. des Maßes für den Grad der Verbindung

hochdurchlässiger Grundwasserleiterbereiche, die Detektionvon bevorzugten Fließwegen und Ausbreitungsrichtungen so-wie die Bestimmung von effektiven Transportparametern (z. B.Abstandsgeschwindigkeit, Makrodispersivität) und ihrerräumlichen Verteilung. Die Verwendung der Versuchsergebnis-se zur Überprüfung von Transportmodellprognosen ist eben-falls möglich.Die technische Ausrüstung zur Durchführung der Multilevel-FGTT-Versuche, Beispiele zur Anwendung und Ansätze zurAuswertung der FGTT-Versuche sind ausführlich z. B. in PTAK

(1993, 1995, 1997), PTAK & TEUTSCH (1994) und PTAK & SCHMID

(1996) beschrieben.

Ansatz zur Untersuchung hydraulischer Eigen-schaften eines Grundwasserleiters und nicht-reaktiver Transportvorgänge mit FGTT-Versuchen

Sollen hydraulische Eigenschaften eines Grundwasserleiters(bevorzugte Fließwege, Konnektivität, bevorzugte Ausbreitungs-richtung etc.) bzw. nichtreaktive Transportvorgänge und diemaßgebenden Parameter (Abstandsgeschwindigkeit, Makrodis-persivität, Verteilung der Transportzeiten etc.) untersucht wer-den, werden nichtreaktive bzw. konservative Tracerstoffe einge-setzt. Diese Tracer gehen keine oder nur eine vernachlässigbare

Abb. 1: Typische FGTT-Geräteanordnung,divergente Radialströmung und Multilevel-Grundwasser-Probennahme(nach PTAK 1993)

Pumpbrunnen

Meßstelle mitDruckaufnehmer

Durchflußmesserund Datenlogger

Stromversorgung

Mehrkanal-pumpe

Multilevel-Probennehmer

Multilevel-Proben-nahme-brunnen

Infiltrations-und Tracer-

zugabe-brunnen

Multilevel-Probennahme-packer

Festgestein(Geringleiter)

Grundwasser-leiter

Tracerausbreitung


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Die in Abbildung 2 gezeigte einfache Darstellung der Meßer-gebnisse erlaubt eine Beurteilung der Anisotropie der Trans-portgeschwindigkeit. Der mittels der Pfeile dargestellte Quotient

v

va gemessen

a berechnet

liegt im Bereich zwischen 0,30 und 3,33. Die Ausbreitung er-folgt in nordöstlicher Richtung deutlich schneller als senkrechthierzu. Dies ist ein Indiz für das Vorhandensein bevorzugterFließwege innerhalb des heterogenen Grundwasserleiters.

Ansatz zur Untersuchung hydrogeochemischerEigenschaften eines Grundwasserleiters undreaktiver Transportvorgänge mit FGTT-Versuchen

Wenn reaktive Stofftransportvorgänge bzw. hydrogeochemi-sche Eigenschaften eines Grundwasserleiters untersucht wer-den sollen, können bei den Tracerexperimenten zusätzlich re-aktive Tracer eingesetzt werden, die eine Wechselwirkung mitdem Grundwasserleitermaterial bzw. mit den im Grundwasser-leiter befindlichen Stoffen eingehen.Werden ein nichtreaktiver und ein bzw. mehrere reaktive Tra-cerstoffe gleichzeitig und an der gleichen Stelle in den Grund-wasserleiter injiziert, und mißt man an einer oder mehrerenumliegenden Meßstellen für alle Tracer die Durchbruchskur-ven, so wird man Unterschiede in den Tracerdurchbruchskur-ven feststellen (Ankunft des Massenschwerpunkts, Tailing etc.),die sich beispielsweise mittels der Zeitmomentenmethode(z. B. KREFT & ZUBER 1978) quantifizieren lassen. Falls alle Tracerden gleichen Grundwasserleiterbereich erfassen und die glei-che hydraulische Heterogenität „erfahren“, können die beob-achteten Unterschiede in den Tracerdurchbruchskurven aufreaktive Transportvorgänge und auf die hydrogeochemischeHeterogenität des Grundwasserleiters zurückgeführt werden.Der reaktive Tracer wird im Hinblick auf den zu untersuchen-den reaktiven Stofftransportprozeß bzw. den zu untersuchen-den hydrogeochemischen Parameter des Grundwasserleitersausgewählt. Zur Auswertung des Tracerexperiments wird dannaus den Durchbruchskurven des nichtreaktiven und des reakti-ven Tracers der Retardationsfaktor bestimmt (s. Anwendungs-beispiel weiter unten). Die gesuchten Transportprozeß-Para-meter bzw. die hydrogeochemischen Parameter des Grundwas-serleiters lassen sich dann aus dem Retardationsfaktor ableiten,wenn der entsprechende Zusammenhang z. B. aus Laborunter-suchungen bekannt ist. In Abbildung 3 ist das Prinzip diesesdifferentiellen Multitracer-Erkundungsverfahrens mit Multile-vel-Durchbruchskurvenmessung schematisch dargestellt.Mit dem Multitracer-Erkundungsverfahren wurde in letzterZeit versucht, Schadstoffphasen in Grundwasserleitern zu cha-rakterisieren (z. B. WILSON & MACKAY 1995, NELSON & BRUSSEAU

1996, HAYDEN & LINNEMEYER 1997, SARIPALLI et al. 1997, ANNABLE etal. 1998, SARIPALLI et al. 1998).So läßt sich beispielsweise bei der Verwendung eines oberflä-chenaktiven Tracers, eines sog. „Interfacial Tracers“ (z. B. Tensi-de), die Grenzfläche zwischen Grundwasser und einer Schad-stoffphase bestimmen (Tracer sorbiert an der Schadstoffphasen-Oberfläche) oder bei der Verwendung eines sog. „PartitioningTracers“ (z. B. Alkohole, im Grundwasser gelöste Gase) dasSchadstoffvolumen ermitteln (Tracer verteilt sich in der Schad-stoffphase). Damit besteht im Prinzip die Möglichkeit, das zur

Abb. 2: Mittlere experimentell bestimmte Abstandsgeschwindigkeitenva gemessen

aus FGTT-Versuchen mit integraler Probennahme und diver-genter Radialströmung, bezogen auf die mittlere Abstandsgeschwin-digkeit va berechnet

(PTAK 1993)

Wechselwirkung mit dem Grundwasserleitermaterial und mitim Grundwasserleiter befindlichen Stoffen (z. B. Kontaminan-ten in residualer Phase) ein. Solche Tracer können z. B. Fluores-zenzfarbstoffe, Salze oder im Grundwasser gelöste Gase sein.Ob sich ein ausgewählter Tracer im untersuchten Grundwasser-leiter nichtreaktiv verhält, sollte für den jeweiligen Einzelfallnachgewiesen werden. Es ist zu beachten, daß Fluoreszenztra-cer z. B. bei Vorhandensein eines hohen Gehalts an organischemKohlenstoff im Grundwasserleiter signifikant retardiert wer-den können (z. B. SMART & LAIDLAW 1977, LAIDLAW & SMART 1982,MIKULLA et al. 1997).Als Beispiel für die Ergebnisse aus der Anwendung nichtreakti-ver Tracer sind in Abbildung 2 die an verschiedenen Meßstellenmittels eines analytischen Lösungsverfahrens nach SAUTY (1980)bestimmten mittleren Abstandsgeschwindigkeiten v a gemessen

[m/s] dargestellt. Diese Abstandsgeschwindigkeiten basierenauf gemessenen Tracerdurchbruchskurven aus FGTT-Versu-chen in einem heterogenen Grundwasserleiter mit divergenterRadialströmung, pulsartiger Tracerzugabe und integraler Pro-bennahme (PTAK 1993, PTAK & TEUTSCH 1994). Sie sind in Abbil-dung 2 als Pfeile vom Infiltrationsbrunnen in die Richtung derMeßstelle zeigend und bezogen auf die jeweilige theoretischemittlere Abstandsgeschwindigkeit v a berechnet aufgetragen.Q

Inf [m3/s] ist der Infiltrationsvolumenstrom, n

f [–] die effekti-

ve Porosität, m [m] die Mächtigkeit des Grundwasserleitersund r [m] die Transportentfernung vom Infiltrationsbrunnenzur Meßstelle.

P14

P20

P21

P11

P12P13

N

1,0 0 1 2 3 4 5 m

va gemessen

va berechnet= 0,30 3,33…

QInf

n m rf ⋅ π ⋅ ⋅va berechnet=


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rechnerischen Prognose der Schadstofffreisetzung notwendigeOberflächen-Volumen-Verhältnis der Schadstoffphase im Scha-densherd zu bestimmen (z. B. zur Planung von Sanierungsmaß-nahmen). In Tabelle 1 ist eine Übersicht zu den unterschiedli-chen Tracertestverfahren enthalten.

In der Literatur sind bisher nur wenige Anwendungen des Mul-titracer-Erkundungsverfahrens im Feldmaßstab beschrieben(z. B. ANNABLE et al. 1998, RAO et al. 1998). Es besteht deshalbweiterer Forschungsbedarf im Hinblick auf die Versuchsstrate-gie, die Tracerauswahl und die Auswerteverfahren.

NGTT-Verfahren FGTT-Verfahren (radialsymmetrisch)

Tiefenintegrierte Multilevel- Tiefenintegrierte Multilevel-Beprobung Beprobung Beprobung Beprobung

Bestimmung der Haupttransportrichtung + +

Nachweis der Position von Schadstoffaustragsorten + +

Verteilung von Tracerankunft- bzw. Transportzeiten + +(für stochastische Modellierung)

Bestimmung der räumlichen Verteilung + +von Transportparametern

Charakterisierung von Strukturen des Grundwasser- +leiters, Konnektivität, Detektion von bevorzugtenFließwegen und Ausbreitungsrichtungen

Überprüfung von Transportmodellprognosen + + + +

Bestimmung von effektiven Transportparametern des + + + +nichtreaktiven Stofftransports (nichtreaktive Tracer)

Bestimmung von hydrogeochemischen Grundwas- + +serleitereigenschaften und effektiven Transportpara-metern des reaktiven Stofftransports (reaktive Tracer)

Einsatz als differentielles Multitracer- + +Erkundungsverfahren

Vorteile Erkundungsmaßstab prinzipiell unbegrenzt Relativ kurze Versuchslaufzeit erreichbar

Einfluß der Schwankungen des natürlichenGradienten wirksam reduziert

Erfassung mehrerer Abstromrichtungen mit einerTracersubstanz möglich (divergenter Ansatz)

Massenbilanzierung möglich (konvergenter Ansatz)

Einsatz reaktiver Tracer mit vertretbarem Aufwandmöglich

Nachteile Relativ lange Versuchslaufzeit Erkundungsmaßstab begrenzt

Auswertung bei variablen hydrogeologischen Aufbereitung des abgepumpten GrundwassersRandbedingungen ggf. schwierig ggf. erforderlich (konvergenter Ansatz)

Dichtes Meßstellennetz erforderlich

Detektion der Tracerfahne problematisch,Massenbilanzierung schwierig

Für den Einsatz reaktiver Tracer auf Grund der durchdie Retardation längeren Versuchsdauer in der Regelnicht geeignet

Tab. 1: Zusammenfassende Übersicht zu unterschiedlichen Tracertestverfahren


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Anwendung des differentiellen Multilevel-Multi-tracer-Erkundungsverfahrens zur Charakterisierungder Oberflächensorption – Versuchskonzeption,Ergebnisse und Auswertung

In den hier dargestellten Versuchen wurde das differentielleMultitracer-Erkundungsverfahren unter Einsatz einer neuenMultilevel-Meßtechnik zur Untersuchung der Oberflächen-sorption am Grundwasserleitermaterial eingesetzt (PTAK &SCHMID 1996). Diese Sorptionsprozesse sind für den Transportvon polaren Grundwasserkontaminanten, z. B. einigen Pestizi-den, von großer Bedeutung.

Die Versuche wurden im Naturmeßfeld „Horkheimer Insel“ beiHeilbronn (TEUTSCH & KOBUS 1990) durchgeführt. Der Unter-grundaufbau im Bereich der Horkheimer Insel ist schematischin Abbildung 4 dargestellt. Die Basis des Porengrundwasserlei-ters bilden Kalke, Mergel und Tonsteine des Oberen Muschel-kalks. Darauf liegen 2,5 bis 4 m mächtige Talaueschotter (san-diger, z. T. schluffiger Fein- bis Mittelkies mit vereinzelten grob-kiesigen Muschelkalkgeröllen). Diese werden von ungefähr 5 mmächtigen Talauelehmen überlagert.Die mittlere hydraulische Durchlässigkeit des Porengrundwas-serleiters beträgt 1,2 · 10–2 m/s. Der darunter liegende Muschel-

Abb. 3: Prinzip des differentiellen Multilevel-Multitracer-Erkundungsverfahrens untergleichzeitiger Verwendung nichtreaktiver(Tracer 1) und reaktiver Tracerstoffe (Tra-cer 2)

Abb. 4: Das Naturmeßfeld „HorkheimerInsel“ (TEUTSCH & KOBUS 1990)

Pump- und Multilevel-Probennahmebrunnen

Tracerzugabe-brunnen

Grundwasser-leiter

Deckschicht

Tracer 1

Tracer 2

Äquipotentiallinie

Material des Grundwasserleiters mitunterschiedlichen Durchlässigkeiten,Korngrößen und lithologischen Komponenten

Mächtigkeit desGrundwasserleiters

0 m

10 m

0 m

20 m

Grundwassermeßstelle

Festgestein

Grundwasserleiter

Auelehm

K anal

Neckar

Lysimeter

Container

Wetter-station


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kalk hat eine um mehrere Größenordnungen kleinere Durch-lässigkeit. Der Grundwasseraustausch beider Systeme ist ins-gesamt vernachlässigbar. Die Anwendung der empirischen Me-thode von BEYER (1964) auf abschnittsweise bestimmte Korn-verteilungskurven des beim Bau von Grundwassermeßstellengewonnenen Bohrkernmaterials ergab eine Varianz σ2

lnkf der

logarithmierten hydraulischen Durchlässigkeitsbeiwerte von2,3. Dies ist ein Indiz für eine ausgeprägte Heterogenität desGrundwasserleiters.In den Versuchen wurden Fluoreszenztracer eingesetzt, Uraninals nichtreaktiver und Rhodamin WT als reaktiver Tracer. Rho-damin WT erlaubt aufgrund seiner Moleküleigenschaften(z. B. SABATINI & AUSTIN 1991) die Untersuchung von Sorptions-prozessen an Mineraloberflächen. Die Zugabe erfolgte über diegesamte Mächtigkeit des Grundwasserleiters. Es wurden zweiim Hinblick auf den Erkundungsmaßstab vergleichbare Expe-rimente durchgeführt (PTAK & SCHMID 1996). Für beide Versu-che wurde der FGTT-Ansatz mit konvergenter Radialströmunggewählt (s. auch Abb. 3), um eine Bilanzierung der abgepumptenTracermassen zu ermöglichen. Um Multilevel-Durchbruchs-kurven direkt innerhalb des Pumpbrunnens zu erhalten, wurdeein spezieller Pumpbrunnen-Meßeinsatz entwickelt und mitLichtleiterfasersonden in unterschiedlichen Tiefen bestückt(PTAK & SCHMID 1996). Die Lichtleiterfasern wurden an Mehr-kanal-Lichtleiter-Fluorimeter (BARCZEWSKI & MARSCHALL 1992,

Experiment TT9 TT10

Transportentfernung vom Injektions- zum Pumpbrunnen [m] 8,9 12,8

Pumprate [l/s] 3,02 3,02

Injizierte Masse Uranin [g] 10 20

Injizierte Masse Rhodamin WT [g] 8 16

Vertikale Auflösung der Multilevel-Messungen [m] 0,3 0,3

Zeitliche Auflösung der Durchbruchskurven [min] 1 1

Abb. 5: Multilevel-Durchbruchskurven aus dem Experiment TT9 für Uranin (oben) und Rhodamin WT (unten) (PTAK & SCHMID 1996)

Tab. 2: Versuchsparameter der differentiellen Multilevel-FGTT-Versuche

,,,,,,,

,,,,,,,

Zeit (min)

Zei t (min)

Zeit (min)

Ko

nze

ntr

ati

on

(p

pb

)

Ko

nze

ntr

ati

on

(p

pb

)

Ko

nze

ntr

ati

on

(p

pb

)

Ko

nze

ntr

ati

on

(p

pb

)

Inf i l t rat ionsbrunnen P14

Inf i l t rat ionsbrunnen P14 Beobachtungsbrunnen P11

Beobachtungsbrunnen P11

Meßstel le Position u. GOK

Vergrößerung

Vergrößerung

Abf luß F

Abf luß R

Zeit (min)

Nr.Nr.Nr.Nr.Nr.Nr.Nr.

Meßstel le Position u. GOKNr.Nr.Nr.Nr.Nr.Nr.Nr.


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BARCZEWSKI & SCHMID 1993) angeschlossen, die eine Multilevel-Konzentrationsbestimmung gleichzeitig für beide Tracer insitu und on-line mit einer hohen zeitlichen Auflösung erlau-ben. In Tabelle 2 sind die wichtigsten Versuchsparameter zu-sammengefaßt.Vor der Durchführung der Feldexperimente wurden die Sorp-tionseigenschaften der beiden eingesetzten Tracer mittelsBatchexperimenten unter Verwendung von Grundwasserleiter-material aus dem Testfeld eingehend untersucht (STROBEL 1996).Da das Grundwasserleitermaterial eine heterogene Mischungaus unterschiedlichen lithologischen Komponenten und Korn-größenfraktionen darstellt, wurden Sorptionsisothermen so-wohl für die individuellen Lithokomponenten als auch für dieunterschiedlichen Korngrößenklassen gemessen. Bei Uraninkonnte in den Batchexperimenten für den in den Feldversuchenauftretenden Konzentrationsbereich keine signifikante Sorpti-on festgestellt werden. Dagegen trat Sorption erwartungsgemäßbei Rhodamin WT auf. Gleichgewichtskonzentrationen wurdenin den Batchexperimenten mit Rhodamin WT praktisch soforterreicht. Dies ist typisch für eine Sorption an Oberflächen. Fürdie Dauer der Tracerexperimente (7 bis 14 Tage) konnte keineSorptionskinetik beobachtet werden.In Abbildung 5 sind Multilevel-Durchbruchskurven aus einemder Feldexperimente (TT9) für beide Tracer dargestellt.Die Variabilität und das lange Tailing der Multilevel-Durch-bruchskurven sind ein Indiz für die Heterogenität des Grund-wasserleiters (s. auch PTAK & SCHMID 1996).Um für Rhodamin WT die Retardationsfaktoren aus den Multi-level-Durchbruchskurven zu bestimmen, wurde die Methodeder Zeitmomente angewendet. Voraussetzung hierzu ist, daßdie Durchbruchskurven über einen genügend langen Zeitraum,optimalerweise bis zum Erreichen der Ausgangskonzentratio-nen, gemessen werden. Das n-te Zeitmoment ist definiert als(z. B. KREFT & ZUBER 1978):

(1) M t c(r, t)dtn,tn=

∞

∫0

,

wobei t [s] die Zeit, c [kg/m3] die Konzentration und r [m] dieTransportentfernung sind. Die Ankunftszeit des Massenschwer-punkts ist dann durch das erste normierte Zeitmoment gegeben:

(2) m = M

Ml,tl,t

0,t

Ein Maß für die Aufweitung der Durchbruchskurven ist daszweite normierte zentrale Zeitmoment:

(3) µ2,t

1,t

2

0

0,t

t m c(r, t)dt

M=

−( )∞

∫ .

Unter Verwendung des ersten normierten Zeitmoments kanneine mittlere effektive Transportgeschwindigkeit definiert wer-den:

(4) v r

meff

1,t

= .

Unter der Annahme, daß Uranin ein idealer Tracer ist, kannman schließlich für jedes Paar von Uranin- und RhodaminWT-Durchbruchskurven einen effektiven (relativen) Retarda-tionsfaktor R definieren:

(5) R = v

v =

m

meff Uranin

eff Rhodamin WT

1,t Rhodamin WT

1,t Uranin

.

In Abbildung 6 ist das vertikale Profil der mittleren Abstands-geschwindigkeiten für beide Tracer dargestellt. Deutlich zu se-hen ist die heterogenitätsbedingte Variabilität der Geschwin-digkeiten über die Mächtigkeit des Grundwasserleiters. DerVerlauf der Geschwindigkeitsprofile für beide Tracer ist prak-tisch identisch. Uranin wird schneller transportiert als Rhoda-min WT. Das Maximum im mittleren Bereich der vertikalenGeschwindigkeitsprofile deutet auf einen bevorzugten Fließ-weg im Grundwasserleiter hin.In Abbildung 7 sind die Vertikalprofile der zweiten normiertenzentralen Zeitmomente dargestellt. Es ist zu erkennen, daß fürRhodamin WT die zweiten Momente größer sind, obwohl bei-

Abb. 6: Vertikalprofile der mittleren Abstandsgeschwindigkeit für Ura-nin und Rhodamin WT aus dem Experiment TT9

Abb. 7: Vertikalprofile der zweiten normierten zentralen Zeitmomentefür Uranin und Rhodamin WT aus dem Experiment TT9

154,00

153,50

153,00

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mN

N

UraninRhodamin WTTT9

0,6 0,8 1,0 1,2v (10 m/s)eff

4−

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153,00

152,50

152,00

151,50

mN

N

UraninRhodamin WTTT9

0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8µ2t

10 2(10 s )


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de Tracer die gleiche hydraulische Heterogenität „erfahren“haben. Diese zusätzliche Aufweitung der Rhodamin WT-Durch-bruchskurven kann auf die hydrogeochemische Heterogenität(räumlich variable Sorptionseigenschaften) zurückgeführtwerden (s. PTAK & SCHMID 1996). Dabei werden im Tiefenbereichder größten mittleren Abstandsgeschwindigkeiten die klein-sten zweiten Momente gemessen, d. h. es liegt dort eine relativgeringe Aufweitung der Durchbruchskurven vor. Dies ist wie-derum ein Indiz für einen relativ hoch durchlässigen bevor-zugten Fließbereich im Grundwasserleiter, in dem ein Teil derTracermasse mit einer geringen Dispersion und mit einer ho-hen Konzentration (einem „Piston Flow“ ähnlich) relativ schnelltransportiert wird.In Abbildung 8 sind schließlich die Retardationsfaktoren R überdie Tiefe aufgetragen, die heterogenitätsbedingt variabel sind.Die Retardationsfaktoren liegen im Bereich zwischen 1,27 und1,40 (1,35 im Mittel). Die Verwendung von reaktiven Tracernmit derart geringen Retardationsfaktoren hat den Vorteil, daßdie erforderliche Versuchslaufzeit im Vergleich zu herkömmli-chen Versuchen mit nichtreaktiven Tracern nicht wesentlichverlängert wird. Allerdings werden höhere Anforderungen andie Meßtechnik gestellt, um die dann relativ geringen Unter-schiede in den Durchbruchskurven hinreichend genau zu er-fassen. Hier erweisen sich On-line-Multilevelmeßgeräte als sehrvorteilhaft (z. B. Lichtleiter-Fluorimeter für Fluoreszenztracer,ionenselektive Sonden für Salztracer oder Gasdiffusionsmem-branen mit angeschlossenem Massenspektrometer bzw. Elek-troneneinfangdetektor für im Grundwasser gelöste Tracerga-se).

Erkundung physikalischer Eigenschaftendes Grundwasserleitermaterials

Da Rhodamin WT an der Oberfläche der Mineralkörner sor-biert, stellen die vorgestellten differentiellen Multilevel-Mul-titracer-Versuche ein Verfahren zur Erkundung der reaktivenGrenzfläche zwischen Grundwasserleitermaterial und Grund-wasser dar (PTAK & KLEINER 1998). Mittels des gemessenen rela-

tiven Retardationsfaktors können Größen bestimmt werden,die diese Grenzfläche charakterisieren. Die Vorgehensweisehierbei soll nachfolgend erläutert werden.Aus den oben erwähnten Batchexperimenten mit RhodaminWT war es möglich, eine Beziehung zwischen der Sorptionska-pazität und der Korngröße des Grundwasserleitermaterialsaufzustellen (STROBEL 1996):

(6) Dii

Fr eq i–1,0

eq0,85 – 1

K = 1

n K c = 0,85 0,132 d c

i

1

ni –1

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ .

Gleichung 6 basiert auf einem Freundlich-Isothermen-Modell.K

Di [l/kg] ist der Verteilungskoeffizient bei Konzentrations-

gleichgewicht, KFri der Freundlich-Koeffizient, c

eq [µg/l] ist die

Gleichgewichtskonzentration von Rhodamin WT im Wasser,n

i–1 [–] der Freundlich-Exponent und d

i der repräsentative

Durchmesser [mm] einer Korngrößenfraktion i. Es konnte ge-zeigt werden, daß im Falle des Grundwasserleitermaterials vomNaturmeßfeld „Horkheimer Insel“ der Sorptionsprozeß nichtvon der lithologischen Zusammensetzung (Quarz, Jura-Kalke,Trias-Kalke, Keuper, Buntsandstein, Kalzit) abhängig ist.Während der Laufzeit der Feldversuche war eine diffusions-bedingte Sorptionskinetik weder auf der Größenskala der Mi-neralkörner (Einstellen eines praktisch instanten Konzentrati-onsgleichgewichts in den Batchversuchen und damit keinesignifikante Diffusion in die Mineralkörner) noch auf der He-terogenitätsskala (keine signifikante Diffusion in sehr gering-durchlässige Bereiche, z. B. Tonlinsen) relevant. Der aus demFeldversuch bestimmte Retardationsfaktor R läßt sich dannunter Verwendung von Gleichung 6 ausdrücken als:

(7) R 1 KbDeff

= + ⋅ρθ

mit: KDeff

= 0,85 · 0,132 · d ceff

–1,0

eq

0,85 – 1⋅ ,

wobei ρb [kg/m3] die Raumdichte des Grundwasserleitermate-

rials und θ [–] die Porosität sind und deff

[mm] den effektivenKorndurchmesser des Grundwasserleitermaterials in den Be-reichen, in denen die Tracer transportiert wurden, darstellt.Dieser effektive Korndurchmesser läßt sich somit aus Glei-chung 7 bestimmen, wenn ein Retardationsfaktor für Rhoda-min WT im Feldmaßstab bekannt ist. Der Zusammenhang zwi-schen dem Retardationsfaktor und dem effektiven Korndurch-messer ist in Abbildung 9 dargestellt.Aus Abbildung 9 ist ersichtlich, daß der Retardationsfaktor fürdie im Feldversuch auftretenden Tracerkonzentrationen nurunwesentlich von den Gleichgewichtskonzentrationen c

eq ab-

hängt, weil der Freundlich-Exponent nahe bei 1 liegt. Wird nunin einem ersten Auswerteschritt diese Konzentrationsabhän-gigkeit vernachlässigt, so resultiert aus dem im Feld bestimm-ten mittleren Retardationsfaktor ein effektiver Korndurchmes-ser von ungefähr 3 mm.Der so bestimmte mittlere Korndurchmesser erlaubt z. B. diePrognose der Retardation von Grundwasserkontaminanten imFeldmaßstab, die an der Oberfläche des Grundwasserleiterma-terials sorbieren. Es ist in der Regel sehr schwierig, hierzu zu-verlässige Daten, insbesondere im Falle heterogener Grundwas-serleiter, zu erhalten, weil aufgrund gesetzlicher Regelungenkeine Kontaminanten direkt für Feldexperimente eingesetztwerden können. Ist dann z. B. aus Laborversuchen für einenbestimmten, an Kornoberflächen sorbierenden Kontaminantender Zusammenhang zwischen dem Retardationsfaktor und

Abb. 8: Vertikalprofil der Retardationsfaktoren für Rhodamin WT ausdem Experiment TT9

154,00

153,50

153,00

152,50

152,00

151,50

mN

N

TT9

1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6R

R = v / veff F eff RWT


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dem Korndurchmesser bekannt, läßt sich aus dem im Feldmaß-stab experimentell bestimmten mittleren Korndurchmesser derRetardationsfaktor im Feldmaßstab (z. B. für Transportprogno-sen) vorhersagen.

Zusammenfassung und AusblickTracerversuche stellen eine effiziente Methode zur Untersu-chung heterogener Grundwasserleiter im Feldmaßstab darund erlauben die Charakterisierung von Eigenschaften einesGrundwasserleiters mittels effektiver Parameter. Die Erweite-rung bisheriger Tracertestverfahren mit erzwungenem hydrau-lischen Gradienten für den parallelen Einsatz nichtreaktiverund reaktiver Tracersubstanzen ermöglicht zusätzlich die Un-tersuchung reaktiver Transportvorgänge im Grundwasser unddie Erkundung hydrogeochemischer Parameter. Mittels dieserdifferentiellen Tracertestverfahren ist es z. B. möglich, das fürdie Sanierungsplanung wichtige Oberflächen-Volumen-Ver-hältnis von Schadstoffphasen im Grundwasserleiter oder aberauch physikalische Eigenschaften wie z. B. die effektive Korn-größe des Grundwasserleitermaterials zu bestimmen. Bei einerMultilevel-Anordnung ist zusätzlich die Untersuchung der He-terogenitätsstruktur des Grundwasserleiters möglich, ebensowie die Bestimmung der Verteilung von Schadstoffphasen überdie Tiefe.Im Hinblick auf Schadstofftransportprognosen stellen hydrau-lisch und hydrogeochemisch heterogene Grundwasserleiterbesondere Anforderungen an die Modelltechnik. Insbesonderekann in heterogenen Grundwasserleitern eine Skalenabhängig-keit der transportrelevanten Größen auftreten. Als Beispiel sei-en hier die Zunahme der Makrodispersivität oder des Retarda-tionsfaktors mit der Transportentfernung genannt. Diese Skalen-abhängigkeit muß bei der Übertragung der effektiven Größenvon der Erkundungsskala der Tracerexperimente auf eine an-dere Skala berücksichtigt werden. Eine hierzu geeignete, nume-risch-stochastische Vorgehensweise wird momentan entwickelt.

DanksagungDer Autor bedankt sich bei den zahlreichen Beteiligten, die zurDurchführung der Felduntersuchungen beigetragen haben so-wie beim Projekt Wasser – Abfall – Boden des Landes Baden-Württemberg für die Finanzierung der Arbeiten.

LiteraturAnnable, M.D., Jawitz, J.W., Rao, P.S.C., Dai, D.P., Kim, H.K., Wood,

A.L. (1998): Field evaluation of interfacial and partitioning tracersfor characterization of effective NAPL-water contact areas.- GroundWater 36(3): 495–502.

Barczewski, B., Marschall, P. (1992): Development and applicationof a lightfibre fluorimeter for tracer tests.- In: Hötzl, H., Werner, A.

(eds.): Tracer Hydrology: 33–39; Rotterdam.Barczewski, B., Schmid, G. (1993): Entwicklung und Anwendung ei-

nes feldtauglichen Lichtleiterfluorometers, Wiss. Ber. Nr. 93/05 (HG174), Institut für Wasserbau, Universität Stuttgart.

Beyer, W. (1964): Zur Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit von Kie-sen und Sanden.- Z. Wasserwirt. Wassertech. 14: 165–168; Berlin.

Dagan, G. (1989): Flow and transport in porous formations.- 465 S.;Berlin.

Finkel, M., Liedl, R., Teutsch, G. (1997): Modelling coupled reactivetransport of PAH and surfactants.- In: McDonald, A.D., McAleer,

M. (eds.): MODSIM97 – Int. Congr. on Modelling and Simulation 2:566–571.

Gelhar, L.W. (1993): Stochastic subsurface hydrology.- 390 S.; PrenticeHall, Englewood Cliffs, New Jersey, USA.

Gelhar, L.W., Axness, C.L. (1983): Three dimensional stochastic ana-lysis of macrodispersion in aquifers.- Water Resour. Res. 19(1): 161–180.

Hayden, N.J., Linnemeyer, H.C. (1997): Investigation of partitioningtracers for determining coal tar saturation in soils.- ACS, Division ofEnvironmental Chemistry, Preprints of Extended Abstracts 37(1):247–248.

Herfort, M., Ptak, T., Hümmer, O., Teutsch, G., Dahmke, A. (1998):Testfeld Süd: Einrichtung der Testfeldinfrastruktur und Erkundunghydraulisch-hydrogeochemischer Parameter des Grundwasserlei-ters.- Grundwasser 3(4): 159–166; Berlin.

Killey, R.W.D., Moltyaner, G.L., Wills, C.A. (1991): Tritium migrati-on in the Twin Lake 260 m natural gradient tracer test.- Proceedingsof the International Conference and Workshop on Transport andMass Exchange Processes in Sand and Gravel Aquifers: Field andModelling Studies, Oct. 1–4, 1990, Ottawa, Canada, AECL-10308, Vol. 1:242–265.

Kreft, A., Zuber, A. (1978): On the physical meaning of the dispersionequation and its solutions for different initial and boundary condi-tions.- Chemical Engineering Science 33: 1471–1480.

Laidlaw, I.M.S., Smart, P.L. (1982): An evaluation of some orange fluo-rescent dyes.- Beitr. Geol. Schweiz – Hydrol. 28(1): 114–117.

LeBlanc, D.R., Garabedian, S.P., Hess, K.M., Gelhar, L.W., Quadri,

R.D., Stollenwerk, K.G., Wood, W.W. (1991): Large-scale naturalgradient tracer test in sand and gravel, Cape Cod, Massachusetts –1. Experimental design and observed tracer movement.- Water Re-sour. Res. 27(5): 895–910.

Mikulla, C., Einsiedl, F., Schlumprecht, C., Wohnlich, S. (1997):Sorption of Uranine and Eosine on an aquifer material containinghigh organic carbon.- In: Kranjc (ed.): Tracer Hydrology: 77–83;Rotterdam.

Nelson, N.T., Brusseau, M.L. (1996): Field study of the partitioningtracer method for detection of dense nonaqueous phase liquid in atrichloroethene contaminated aquifer.- Environmental Science &Technology 30(9): 2859–2863.

Abb. 9: Zusammenhang zwischen effektivem Korndurchmesser undden im Feldmaßstab bestimmten Retardationsfaktoren, als Geraden imDiagramm eingetragen und mit TT9 bzw. TT10 gekennzeichnet

102

10−2 10−1 1 10

10

1

Ret

arda

tions

fakt

or R

Durchmesser (mm)

ceq= 50 ppbceq= 100 ppbceq= 200 ppb

TT10TT9


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Ptak, T. (1993): Stofftransport in heterogenen Porenaquiferen: Feldun-tersuchungen und stochastische Modellierung, Dissertation, Institutfür Wasserbau, Universität Stuttgart.- 176 S.

Ptak, T. (1995): Einsatz und Auswertung von Tracerversuchen in hete-rogenen Grundwasserleitern.- Z. Dt. Geol. Ges. 146: 152–160.

Ptak, T. (1997): Evaluation of non-parametric and parametric stocha-stic simulations of flow and transport in groundwater based on sie-ve analyses and flowmeter hydraulic conductivity data sets.- Pro-ceedings of IAMG ’97, International Association for MathematicalGeology, Sept. 22–27, 1997, Barcelona, Spain: 842–847.

Ptak, T., Kleiner, K. (1998): Application of multilevel-multitracertransport experiments for the investigation of hydraulic and hydro-geochemical aquifer properties.- Groundwater Quality: Remediationand Protection, IAHS Pub. No. 250: 343–351.

Ptak, T., Schmid, G. (1996): Dual-tracer transport experiments in aphysically and chemically heterogeneous porous aquifer: Effectivetransport parameters and spatial variability.- J. Hydrol. 183(1–2):117–138.

Ptak, T., Teutsch, G. (1992): Macrodispersivity in highly heterogene-ous porous aquifers.- Proceedings of the 6th International Symposi-on on Water Tracing, September 21–26, 1992, Karlsruhe, Germany:149–155; Rotterdam.

Ptak, T., Teutsch, G. (1994): Forced and natural gradient tracer testsin a highly heterogeneous porous aquifer: Instrumentation andmeasurements.- J. Hydrol. 159: 79–104.

Rao, P.S.C., Annable, M.D., Kim, H., Saripalli, K.P. (1998): Tracertechniques for site characterization and remediation technologyperformance assessment: recent developments and applications.- In:Herbert, M., Kovar, K. (eds.): Groundwater quality: Remediationand protection, IAHS Publ. 250: 353–360.

Sabatini, D.A., Austin, T.A. (1991): Characteristics of Rhodamine WTand Fluorescein as adsorbing ground-water tracers.- Ground Water29(3): 341–349.

Saripalli, K.P., Kim, H., Rao, P.S.C., Annable, M.D. (1997): Measure-ment of specific fluid-fluid interfacial areas of immiscible fluids inporous media.- Environmental Science & Technology 31(3): 932–936.

Saripalli, K.P., Rao, P.S.C., Annable, M.D. (1998): Determination ofspecific NAPL-water interfacial areas of residual NAPLs in porousmedia using the interfacial tracers technique.- J. Contam. Hydrol.,30(3–4): 375–391.

Sauty, J.P. (1980): An analysis of hydrodispersive transfer in aquifers.-Water Resour. Res. 16(1): 70–81.

Smart, P.L., Laidlaw, I.M.S. (1977): An evaluation of some Fluorescentdyes for water tracing.- Water Resour. Res. 13(1): 15–33.

Strobel, H. (1996): Sorption eines reaktiven Tracers (Rhodamin WT)in heterogenem Aquifermaterial vom Testfeld „Horkheimer Neckar-insel“, Diplomarbeit, Geologisches Institut, Universität Tübingen.

Sudicky, E.A. (1986): A natural gradient experiment on solute trans-port in a sand aquifer: Spatial variability of hydraulic conductivityand its role in the dispersion process.- Water Resour. Res. 22(13) :2069–2082.

Wilson, R.D, Mackay, D.M. (1995): Direct detection of residual non-aqueous phase liquid in the saturated zone using SF6 as a parti-tioning tracer.- Environ. Sci. Technol. 29(5): 1255–1258.

Teutsch, G., Kobus, H. (1990): The environmental research field site”Horkheimer Insel“: Research program, instrumentation and firstresults.- J. Hydraulic Res. 28(4): 491–501.

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