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Quantifizierungen von Grundwassereintritten in städtische Abwassersysteme mittels stabiler Isotope

Quantification of groundwater infiltration into urban sewer systems using stable isotopes

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Zusammenfassung

Das Eindringen von Grundwasser in Abwassersysteme verursacht erhöhte Betriebskosten für Klärwerksbetreiber. Diese Studie stellt eine Erkundung dieser Problematik für das Nürnberger Stadtgebiet vor. Dabei wurden die Unterschiede der stabilen Isotopenverhältnisse verschiedener Wassertypen untersucht und Massenbilanzen zur Ermittlung von Mischungsverhältnissen angewandt. Die Verteilung von stabilen Isotopenverhältnissen wurde in Proben von Wasserwerken und Hochbehältern sowie von Abwasserschächten und lokalem Grundwasser untersucht. Die untersuchten Wässer zeigten nur geringe Schwankungsbreiten um einen δ18OH2O-Wert von (− 9,5 ± 0,1) ‰. Eine Ausnahme hiervon war das Wasser der Fernleitung aus dem 80 km südlich von Nürnberg gelegenen Wasserwerk Genderkingen, welches Trinkwasser aus Uferfiltrat des Lechs im Donaueinzugsgebiet gewinnt. Hier traten δ18OH2O-Werte von − 11,4 ‰ auf. Die Unterschiede von bis zu 1,5 ‰ zwischen Grund- und Kanalwasser konnten über Massenbilanzen maximal mögliche Einflüsse von bis zu 41 % aufdecken. Weiterführende Untersuchungen mit Zugabe von deuteriertem Wasser in das Kanalsystem könnten für den vorgestellten Ansatz verbesserte Ergebnisse liefern.

Abstract

Infiltration of groundwater into sewer systems increases the costs for wastewater treatment plant operators. This study explores groundwater infiltration to urban sewer systems in the city of Nuremberg (Germany). Measurements of stable isotopes at the water works, storage tanks, groundwater, and the sewage network were carried out to define input end members for mass balance calculations. Only minor differences in oxygen stable isotopes (δ18OH2O) were found between most sewer and drinking water samples which ranged around (− 9.5 ± 0.1) ‰. One exception was water from a water works at Genderkingen that is situated about 80 km south of Nuremberg. Here, drinking water from bank filtrate of the Lech River had more negative δ18OH2O values of − 11.4 ‰. This difference of 1.5 ‰ revealed maximum possible groundwater contributions of 41 % by mass balance calculations. To obtain more accurate results, we suggest testing the use of deuterium-enriched water (D2O) added to the sewer system.

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Danksagung

Für Unterstützung bei den Geländearbeiten bedanken wir uns bei den Mitarbeitern der Nürnberger Stadtentwässerung und Umweltanalytik (SUN). Mit Rat standen uns hierbei Herr Nachtmann und Herr Meyer zur Seite. Die Wasserversorgung der N-ERGIE leistete wertvollen Zugang zu den Trinkwasserversorgungsanlagen der Stadt Nürnberg. Für die Laborarbeiten an der Universität Erlangen-Nürnberg danken wir Frau S. Meyer, Herrn C. Hanke und Frau I. Wein. Wir danken den beiden Gutachtern für die sorgfältige Durchsicht des Manuskripts.

Author information

Authors and Affiliations

  1. Department Geographie und Geowissenschaften, GeoZentrum Nordbayern, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Schlossgarten 5, 91054, Erlangen, Deutschland

    Jan Penckwitt, Robert van Geldern & Johannes A. C. Barth

  2. Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg (SUN), Adolf-Braun-Straße 33, 90429, Nürnberg, Deutschland

    Burkard Hagspiel, Birgit Packebusch & Alexander Mahr

  3. N-ERGIE Aktiengesellschaft, Am Plärrer 43, 90429, Nürnberg, Deutschland

    Klaus Burkhardt

Authors
  1. Jan Penckwitt
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  2. Robert van Geldern
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  3. Burkard Hagspiel
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  4. Birgit Packebusch
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  5. Alexander Mahr
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  6. Klaus Burkhardt
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  7. Johannes A. C. Barth
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Penckwitt, J., van Geldern, R., Hagspiel, B. et al. Quantifizierungen von Grundwassereintritten in städtische Abwassersysteme mittels stabiler Isotope. Grundwasser 21, 217–225 (2016). https://doi.org/10.1007/s00767-015-0310-z

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