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Bachelorarbeit "Lysimeterversuche zur Untersuchung der Infiltration auf Pflasterflächen", Professur für Hydrologie, Universität Freiburg, Mai 2020

Im Rahmen des Projektes NAVEBGO wurde an der Professur für Hydrologie, Universität Freiburg von Februar bis Mai 2020 eine Bachelorarbeit durchgeführt.

Zusammenfassung

Durch den Klimawandel nimmt die Anzahl der klimatischen Extremereignisse wie Starkregen zu. Dies führt in Städten zu Problemen des Niederschlagsmanagement. Aufgrund der Versieglung und des erhöhten Oberflächenabflusses, kommt es schnell zu Überschwemmungen. Dies lässt auf eine verminderte Infiltrationsrate zurückschließen. Ein weiterer problematischer Punkt bei Starkniederschlagsereignissen ist, dass sich Schadstoffe von beispielsweise Hauswänden lösen und vermehrt in den Boden versickern können.

Ziel dieser experimentellen Versuchsreihe auf Pflastersteinen war es, den Einfluss der Oberflächenbedeckung bezüglich der Infiltration zu überprüfen. Dazu wurden fünf Lysimeter mit unterschiedlichen Oberflächenbedeckungen beprobt, als Beispiel für städtische Versiegelungsoberflächen. Die verschiedenen Versieglungen waren Rasengittersteine, Betonpflaster, Kies, Granitpflaster mit Sandfugen und als Referenzoberfläche Rasen. Dabei wurde zwischen linienförmigem und flächenhaftem Auftrag auf die Oberflächen der Lysimeter unterschieden. Die drei Wasserzugaben wurden mit verschiedenen Anteilen an Wasserisotopen markiert und bestanden zum einen aus Schneeschmelzwasser, welches im Vergleich zu Leitungswasser stärker mit 18O angereichert ist. Die zweite Zugabe ist deuteriertes Wasser, welches höher mit 2H angereichert ist als das Leitungswasser (Clark, 1997). Als letztes wurde Leitungswasser dazu gegeben. Während der Versuchsreihe wurden in regelmäßigen Abständen Wasserproben am Abfluss genommen. Später wurden die Wasserproben im Labor auf dessen isotopische Zusammensetzung analysiert. Die Ergebnisse wurden mit der Zwei- und Dreikomponenten-Ganglinienseparation berechnet (Fohrer, 2016). Die Aufteilung in die drei verschiedenen Abflusskomponenten war notwendig, um Aussagen über deren Anteile im Gesamtabfluss treffen zu können. Die Oberflächenbedeckung war unterschiedlich und ermöglichte somit Rückschlüsse über die Infiltrationsprozesse verschiedener Pflasteroberflächen. Bachlorarbeit_Schell_Mai_2020

Foto: Marcus Bork

Zu beobachten war, dass das Lysimeter mit Kiesoberfläche die höchsten Infiltrations- und Abflussraten aufwies. Des Weiteren wurde herausgefunden, dass unter bestimmten Bedingungen linienförmiger Eintrag zu schnellerem und mengenmäßig höherem Abfluss führte als flächiger Eintrag. Die Parameter, die dies beeinflussten, waren unter anderem die Oberflächenbedeckungsart und die Intensität des Niederschlages Darüber hinaus wurde deutlich,dass bei der Oberflächenbedeckung Rasen und Rasengittersteine in der Summe, die zeitlich geringste Menge an Wasser nach der Perkolation durch den Abfluss austratt. Mit ebenfalls niedrigen Werten in der Abflusssumme schließt sich die Oberflächenbedeckung Betonpflaster an. In der Laboranalyse nach der Versuchsreihe wurde festgestellt, dass die Abweichung im 18O Wert des Schneeschmelzwassers sehr gering und eine Differenzierung basierend auf der Isotopenzusammensetzung damit schwer war.

Niederschlagswasser, welches mit Schadstoffen belastet ist, sollte auf der Oberfläche des Bodens langsam versickern, um den Eintrag ins Grundwasser minimal zu halten. Besondere Gefahrenstellen bieten Hauswände, an denen das Wasser hinunterläuft und somit linienförmig auf den Untergrund aufgetragen wird. Der Zusammenhang zwischen Schadstoffen, welche durch Niederschlag von der Hauswand gelöst werden und deren Versickerung im Boden, sind wichtige noch zu untersuchende Prozesse. Auf Grundlage der vorgelegten Forschungsergebnisse würden Kiesoberflächen sowohl bei linienförmiger und flächiger Aufgabe zu einem schnellen Eintrag der Schadstoffe ins Grundwasser führen. Oberflächenbedeckungen wie Rasenflächen oder Rasengittersteine bieten im Gegensatz dazu eine langsamere Perkolation. Dies ist notwendig damit das Wasser möglichst lange im Boden zurückgehalten werden kann und sich Partikel wie beispielsweise Schadstoffe in der Bodenmatrix binden können.