Zum Transport von partikelgebundenen Schadstoffen in der ungesättigten Zone

Bei einer Risikoabschätzung bezüglich einer Gefährdung des Schutzgutes Grundwasser müssen alle relevanten Transportpfade, auf denen Schadstoffe durch die Bodenzone bis ins Grundwasser verlagert werden, identifiziert und quantifiziert werden. Die Verlagerung von Schadstoffen gebunden an mobile Partikel im Sickerwasser wird dabei oft vernachlässigt. In dieser Arbeit wurden sowohl experimentelle Untersuchungen zum Partikeltransport in der Bodenzone als auch Szenarienmodellierungen hinsichtlich der Wechselwirkung Partikel/Schadstoff durchgeführt. Die experimentellen ungesättigten Säulenversuche wurden unter naturnahen stationären und instationären hydraulischen und hydrochemischen Bedingungen durchgeführt. Dabei wurde der Einfluss der Parameter Durchmesser Bodenmatrix, Partikelgröße, Beregnungsintensität, Oberflächenspannung und Hydrochemie auf den Transport von natürlichen und synthetischen Partikeln untersucht. Des Weiteren wurden Untersuchungen zur partikelgebundenen Verlagerung von Phenanthren durchgeführt. In einer numerischen Szenarienmodellierung mit dem Modell SMART wurde untersucht, unter welchen Randbedingungen der Transport von Partikeln gleichzeitig zu signifikanten partikelgebundenen Schadstoffkonzentrationen im Grundwasser führt. Dabei wurden die Parameter Lithologie Partikel/Boden, Hydrophobizität Schadstoff, Partikelkonzentration, Partikeldurchmesser sowie Körnung Bodenmatrix variiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass der partikelgebundene Schadstofftransportpfad in der ungesättigten Bodenzone in verschiedenen Szenarien den Anteil mobiler Schadstoffe, die mit dem Sickerwasser ins Grundwasser gelangen, signifikant erhöht. Auf Basis der experimentellen und theoretischen Untersuchungen wurde ein zweistufiges Bewertungsschema entwickelt, das bereits im Vorfeld einer Risikoabschätzung als Entscheidungshilfe hinsichtlich der Relevanz einer Mobilisierung, eines Transports und des Rückhalts von partikelgebundenen Schadstoffen in der ungesättigten Zone dient.

In the context of a risk assessment of a potential groundwater contamination all transport pathways of contaminants through the unsaturated zone have to be identified and quantified. Thereby the transport of particle bound contaminants in seepage water often remains unconsidered. Within this work experimental investigations considering particle transport as well as a numerical scenario modelling concerning the interaction particle/contaminant were executed. In unsaturated column experiments particle transport was investigated under varying constant and transient hydraulic and hydrochemical conditions, which were close to natural conditions. Thereby the influences of soil grain size, particle size, irrigation intensity, surface active substances and hydrochemistry of leachate on relocation of particles in the unsaturated zone were evaluated. Further on experiments concerning the particle bound transport of phenanthrene were implemented. In a numerical scenario modelling with the model SMART it was considered whether scenarios with different environmental conditions lead to significant particle bound contaminant concentrations in groundwater. Within the different scenarios the parameters composition particle/soil matrix, contaminant hydrophobicity, particle concentration, particle size and grain size of soil matrix were varied. The results of this work show that the particle facilitated transport mechanism of contaminants in the unsaturated zone can lead in different scenarios to a significant increase of contaminant concentrations in groundwater. Resulting from the experiment series and the modelling of different scenarios, a two-step assessment method was developed. This assessment approach should, in advance of a risk assessment, enables decisions as to whether transport, retention and mobilization of particle bound contaminants at a location is relevant or not.