Hydrogeologische Langzeituntersuchungsgebiete
Beschreibung und Zweck der Untersuchungsgebiete
Innerhalb des Vier-Säulen-Modells nehmen die Observatorien eine zentrale Rolle ein. Durch regelmässige Arbeitstreffen mit dem Leitungsteam und weiterer Teilnehmender können praxisrelevante Ergebnisse sowie technisches und experimentelles Wissen ausgetauscht werden. Eine Liste von Observatorien sowie entsprechender Ansprechpartner sind im Folgenden beschrieben. Grundsätzlich sind die meisten Untersuchungsgebiete stark für hydraulische und chemische Grundwasserlangzeitbeobachtungen instrumentiert. Diese Langzeitbeobachtungen sind und sollen durch Feldexperimente und Untersuchungen ergänzt werden. Die Observatorien werden durch die jeweilige Forschungsgruppe oder Praxispartner geleitet, um eine langfristige Funktionsfähigkeit zu gewährleisten. Synergien werden geschaffen, um gemeinsame und zukünftige Experimente verschiedenster Forschungsgruppen zu fördern.
Zweck:
• Wasserwirtschaftliches Messnetz entwickeln (Echtzeitmessungen).
• Umweltforschung für Siedlungswasserwirtschaft und Gewässerschutz (inklusive Grundwasser).
• Wasserinfrastrukturentwicklung.
• Prozessverständnis urbaner Wasserkreislauf und Transport von Schadstoffen.
Beschreibung:
Zwischen 2010 und 2014 wurde der Chriesbach über einen grossen Streckenabschnitt renaturiert. Initiiert wurde das Aufwertungsprojekt vom Kantonalen Amts für Abfall, Wasser, Energie und Luft (AWEL) des Kantons Zürich und mit namhafter und breiter Unterstützung von Bund, naturmade star-Fonds, EWZ (Elektrizitätswerk der Stadt Zürich), Eawag und der Stadt Dübendorf. Der erweiterte Flächenzuspruch ermöglicht dem Fluss nicht nur die Erschliessung neuer Fliesspfade, sondern schafft vielen Tieren und Pflanzen neuen Lebensraum und erfüllt somit eine wichtige ökologische Vernetzungsfunktion. Bei der lokalen Bevölkerung gilt der Flussabschnitt als beliebter Naherholungsraum und für die Eawag und die Wasserforschung als naheliegendes Test-Untersuchungsgebiet.
Instrumentierung:
Erste Grundwasser-Messungen wurden bereits während der Renaturierung durchgeführt. Heute werden 5 Grundwassermessstellen, eine Multiparameter-Sonde für Qualitätsmessungen und eine Abflussmessstelle in (quasi) Echtzeit betrieben. Weiter dient der Standort als Testfeld für Feldversuche.
Hauptansprechpartner:
Britt, Reto; reto.britt@eawag.ch
Schirmer, Mario, Prof. Dr.; mario.schirmer@eawag.ch
Popp, A. L., Manning, C. C., Brennwald, M. S., & Kipfer, R. (2020). A new in situ method for tracing denitrification in riparian groundwater. Environmental science & technology, 54(3), 1562-1572.
Popp, A. L. (2019). Tracing surface water-groundwater interactions with in-situ noble gas analysis (Doctoral dissertation, ETH Zurich).
Bryner, A. (2017). Der Chriesbach lädt wieder zum Verweilen ein. Aqua viva
von Lindern, E., Schirmer, M., Lichtensteiger, T., Bryner, A., & Tobias, R. (2016). Erfolgskontrolle einer Bachrevitalisierung im urbanen Raum-das Beispiel Chriesbach. Wasser Energie Luft, 108, 63-69.
Kurth, A. M., Weber, C., & Schirmer, M. (2015). How effective is river restoration in re-establishing groundwater-surface water interactions?-A case study. Hydrology and Earth System Sciences, 19(6), 2663-2672.
von Lindern, E., Pahud, L., & Tobias, R. Sozialwissenschaftliche Erfolgskontrolle der Chriesbach Revitalisierung.
Peter-Verbanets, M., & Pronk, W. (2008). Mechanisms of biofouling of UF membranes and evaluation of pre-treatment on fouling of UF membranes.
Huber, S. (2007). The impact of light pollution on suburban stream ecosystems (Doctoral dissertation, EAWAG, The Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology).
Kaenel, B. R., & Uehlinger, U. (1999). Aquatic plant management: ecological effects in two streams of the Swiss Plateau. In Biology, Ecology and Management of Aquatic Plants (pp. 257-263). Springer, Dordrecht.
Kaenel, B. R., & Uehlinger, U. (1998). Effects of plant cutting and dredging on habitch 4. Nov. 1998 conditions in streams BIBLIOTHEK. Arch. Hydrobiol, 143(3), 257-273.
Mensch, R., Kaenel, B., & Uehlinger, U. (1997). Kurzfristige Auswirkungen einer Entkrautung auf einen Mittellandbach (Chriesbach bei Dübendorf, ZH). Vierteljahrsschrift der Naturforschenden Gesellschaft in Zürich, 142, 23-31.
Zweck:
- Prozesse der Grundwasser - Oberflächeninteraktion besser zu verstehen
- Entwicklung und Verbesserung von komplexen physikalischen Grundwassermodellen
- Entwicklung innovativer Tracer-Methoden
- Prozessverständniss von hydrgeologischen Transport- und Reaktionsprozessen
Beschreibung:
Das obere Emme-Tal ist ein voralpines Einzugsgebiet am Nordrand der Schweizer Alpen. Die Talsohlen im unteren Teil des Einzugsgebiets bestehen aus grobem, quartärem, sandigem Schwemmkies (80 % Kies und 20 % Sand), der einen stark leitfähigen, nicht gespannten Grundwasserleiter bildet. Das Einzugsgebiet erstreckt sich über eine Höhe von 673-2221 m ü. M. und umfasst eine Fläche von 194 km2, die von zwei Flüssen entwässert wird, der Emme und dem Röthebach mit einem durchschnittlichen Abfluss von 4,4 bzw. 0,7 m3/s. Diese Flüsse sind äusserst dynamisch und bilden die Hauptquelle für die Anreicherung des alluvialen Grundwasserleiters des oberen Emme-Tals. Der unterste Teil des Einzugsgebiets besteht aus dem Haupttal der Emme mit einem durchschnittlichen topografischen Gefälle von 0,9 %. Ungefähr 8 km flussaufwärts der Mündung mündet der Nebenfluss in das Haupttal. Der gesamte Grundwasserleiter, der sich bis in das Nebental erstreckt, umfasst eine Fläche von ca. 6 km2. Im Bereich des untersuchten Grundwasserleiters hat das Tal eine Breite von 200-400 m. Der Grundwasserleiter wird unterhalb durch undurchlässige Sedimente der Süßwassermolasse begrenzt. Der Grundwasserleiter dient als wichtige Trinkwasserressource und liefert 45% des in der Region der Schweizer Hauptstadt Bern verbrauchten Trinkwassers. Das Brunnenfeld befindet sich in der Ramsei-Ebene, in Richtung Talausgang. Das GW wird zu etwa gleichen Teilen aus acht (einfachtiefen) Saugbrunnen gefördert, die in einem Abstand von etwa 100 m parallel zum Fluss ausgerichtet sind. Die Entfernung zwischen den Trinkwasserbrunnen und dem Fluss Emme beträgt 300 m in Richtung der Flussbiegung, die das flussaufwärts gelegene Ende der Ramsei-Ebene markiert, und 125 m parallel zu den Brunnen. Das Wasser wird in den drei flussaufwärts gelegenen Brunnen aus einer Tiefe von 10 m und in den fünf flussabwärts gelegenen Brunnen aus einer Tiefe von 15 m gepumpt. Insgesamt pumpt die Trinkwasserstation 0,4 m3/s an GW. Diese GW-Entnahme ist im Verhältnis zur Gesamtwasserbilanz des Systems beträchtlich: Sie kann bis zu 50 % des gesamten Abflusses von SW und GW aus dem Tal betragen. Der Grundwasserleiter um die Ramsei-Ebene hat eine durchschnittliche Mächtigkeit von 25 m. Die maximale vertikale Ausdehnung des Grundwasserleiters in der Ramsei-Ebene beträgt 46 m. Pumpversuche ergaben durchschnittliche hydraulische Leitfähigkeiten (Kaq) des Grundwasserleiters zwischen 200 und 500 m/d, mit Höchstwerten von mehr als 1.350 m/d.
An der Trinkwasserstation beträgt der durchschnittliche Jahresniederschlag 1.300 mm, die potentielle Evapotranspiration 550 mm und die durchschnittliche Jahreslufttemperatur 8°C. In sehr trockenen Sommern und sehr kalten Wintern können Abschnitte der Emme völlig trocken fallen. Anhand der gemessenen Wassertemperatur und der elektrischen Leitfähigkeit im SW direkt über dem Flussbett in der Nähe des Trinkwasserbrunnenfeldes werden abwechselnd abnehmende und zunehmende Bedingungen festgestellt, was darauf hinweist, dass es ein komplexes Muster von Wechselwirkungen zwischen SW und GW gibt.
Instrumentierung:
Ein dichtes Messnetz zur Beobachtung einer Vielzahl von hydrologischen und klimatischen Variablen deckt das gesamte Auengebiet ab. Der SW-Abfluss wird kontinuierlich im 10-Minuten-Intervall an vier Flusspegelstationen überwacht, wobei sich eine Station am Ausgang des Einzugsgebiets 1,5 km flussabwärts des Brunnenfelds befindet und zwei Stationen den Zufluss aus der Emme und dem Nebenfluss ins Haupttal 5,5 km flussaufwärts des Brunnenfelds messen. In mehr als 30 Piezometern werden die GW-Pegel kontinuierlich in Abständen von 10-15 Minuten aufgezeichnet. Vierzehn dieser Piezometer befinden sich in unmittelbarer Nähe des Trinkwasserbrunnenfeldes. Diese Piezometer sind in den oberen 10-15 m des Bodens abgeschirmt. Ein strategisches Multi-Level-Piezometer, das sich unmittelbar flussaufwärts des Trinkwasserbrunnenfeldes auf der anderen Seite des Flusses befindet, wurde installiert, um die Entnahme von Wasserproben auch in größeren Tiefen als die anderen Piezometer und die Trinkwasserbrunnen zu ermöglichen. Die abgeschirmten Tiefen sind 0-10, 11,5-13,5, 16-18 und 21,5-23,5 m. Das Untersuchungsgebiet wird vom CHYN betreut.
Hauptansprechpartner:
Brunner Philip, Dr.; philip.brunner@unine.ch
Hunkeler Daniel, Dr.; daniel.hunkeler@unine.ch
Popp, A. L., Pardo-Álvarez, Á., Schilling, O. S., Scheidegger, A., Musy, S., Peel, M., ... & Kipfer, R. (2021). A framework for untangling transient groundwater mixing and travel times. Water resources research, 57(4), e2020WR028362.
Tang, Q., Schilling, O. S., Kurtz, W., Brunner, P., Vereecken, H., & Hendricks Franssen, H. J. (2018). Simulating Flood?Induced Riverbed Transience Using Unmanned Aerial Vehicles, Physically Based Hydrological Modeling, and the Ensemble Kalman Filter. Water resources research, 54(11), 9342-9363.
Schilling, O. S. (2017). Advances in characterizing surface water-groundwater interactions: combining unconventional data with complex, fully-integrated models (Doctoral dissertation, Université de Neuchâtel).
Schilling, O. S., Gerber, C., Partington, D. J., Purtschert, R., Brennwald, M. S., Kipfer, R., ... & Brunner, P. (2017). Advancing physically-based flow simulations of alluvial systems through atmospheric noble gases and the novel 37Ar tracer method. Water resources research, 53(12), 10465-10490.
Käser, D., & Hunkeler, D. (2016). Contribution of alluvial groundwater to the outflow of mountainous catchments. Water Resources Research, 52(2), 680-697.
Kropf, P., Schiller, E., Brunner, P., Schilling, O., Hunkeler, D., & Lapin, A. (2014). Wireless mesh networks and cloud computing for real time environmental simulations. In Recent advances in information and communication technology (pp. 1-11). Springer, Cham.
Poffet, D. (2011), Interactions nappe-rivière et stockage dans l'aquifère de la Haute-Emme: Approche par la modélisation numérique, MSc thesis, 134 pp., Centre for Hydrogeology and Geothermics, University of Neuchâtel (Switzerland).
Technische Berichte:
Geotechnisches Institute (2005), EWB-Grundwasserfassungen Aeschau: Gesuch um Konzessionserneuerung; Fachbericht Hydrologie/Hydrogeologie, Zürich.
Blau, R. V., and F. Muchenberger (1997), Grundlagen für Schutz und Bewirtschaftung der Grundwasser des Kantons Bern: Nutzungs-, Schutz- und Überwachungskonzept für die Grundwasserleiter des obersten Emmentals, zwischen Emmenmatt, Langnau und Eggiwil, Synthesebericht, Wasser-u. Energiewirt. des Kantons Bern, Bern.
Blau, R. V. (1991), Grundlagen für Schutz und Bewirtschaftung der Grundwasser des Kantons Bern: Hydrogeologie Oberstes Emmental zwischen Emmenmatt, Langnau und Eggiwil, Zwischenbericht 1991, Wasser-u. Energiewirt. des Kantons Bern, Bern.
Würsten, M. (1991), GWB-Hydrogeologische Untersuchungen Aeschau: Schlussbericht, Geotechnisches Inst., Zürich.
Blau, R. V. (1984), Grundlagen für Schutz und Bewirtschaftung der Grundwasser des Kantons Bern: Hydrogeologie Rötenbachtal, Wasser-u. Energiewirt. des Kantons Bern, Bern.
Zweck:
• Wasserwirtschaftliches Messnetz entwickeln (Echtzeitmessungen).
• Umweltforschung für Siedlungswasserwirtschaft und Gewässerschutz (inklusive Grundwasser).
• Wasserinfrastrukturentwicklung.
• Prozessverständnis urbaner Wasserkreislauf und Transport von Schadstoffen.
Beschreibung:
Dass Einzugsgebiet des oberen Kempttals im Schweizer Mittelland liegt etwa 10 km östlich der Stadt Zürich und umfasst eine Fläche von etwa 35 km2 mit einer von NW-SE ansteigenden Höhenlage: 520 m ü.M. im unteren Auslaufbereich (NW) und bis zu etwa 900 m ü.M. im oberen Quellgebiet (SE). Das Einzugsgebiet umfasst ein kleines Netz von Nebenflüssen, die in die Kempt münden, die durch Kanalisierung und Vertiefung des Flussbetts in der zentralen Stadtgemeinde Fehraltorf verändert wurden. Der Abfluss in der Kempt wird durch Abwasser ergänzt, das in der Nähe des Ausflusses eingeleitet wird, und wird hier als integraler Beitrag zum Grundabfluss des Flusses betrachtet. Die oberflächennahe Geologie besteht aus unverfestigten fluvio-glazialen Sedimenten, die einen ungespannten Grundwasserleiter beherbergen. Die tiefsten Zonen des Grundwasserleiters befinden sich im zentralen Tal und werden mit 10-20 m angegeben, mit dünneren Abschnitten zwischen 1 und 8 m an den Talrändern. Die Verweildauer des Grundwassers wird als relativ kurz eingeschätzt, in der Grössenordnung von Monaten bis 2 Jahren. Der Grundwasserleiter liefert etwa 80% der Süsswasserressourcen für die lokalen Gemeinden.
Instrumentierung:
Mit modernen Sensoren und innovativer Datenfernübertragung (--> LoRaMesh) wird u.a. Niederschläge, Abflüsse, Pegelstände an verschiedenen Punkten in der Kanalisation, an den Auslässen in die Stadtgewässer, im Gewässer selbst und im Grundwasser auf aufgezeichnet, um Zusammenhänge zwischen Niederschlag und damit verknüpfte Abfluss- und Transportprozesse im städtischen Raum besser zu verstehen. Darüber hinaus wird Abwasser- und Gewässerqualität überwacht. Mit der aktuellen Ausbauphase und Erweiterung des vermaschten LoRa® - Sensor- und Funknetzwerk auf mehr als 80 verschiedenen Sensorknoten, die sowohl oberirdisch als auch im Untergrund (Kanal) installiert wird eine extrem effiziente Übertragung v.a. für reichweiten-kritische Anwendungen im Untergrund erreicht. Das Urbanhydrologisches Feldlabor wird von Abteilung Siedlungswasserwirtschaft, Eawag betreut.
Hauptansprechpartner:
Rieckermann, Joerg, Dr.; joerg.rieckermann@eawag.ch
Weatherl, R. K., Henao Salgado, M. J., Ramgraber, M., Moeck, C., & Schirmer, M. (2021). Estimating surface runoff and groundwater recharge in an urban catchment using a water balance approach. Hydrogeology Journal, 29(7), 2411-2428.
Ramgraber, M., Weatherl, R., Blumensaat, F., & Schirmer, M. (2021). Non-Gaussian parameter inference for hydrogeological models using stein variational gradient descent. Water Resour Res, 57.
Weatherl, R (2020). Groundwater Contamination, Recharge, and Flow Dynamics in the Anthropogenic Environment (Doctoral dissertation)
Ebi, C., Schaltegger, F., Rüst, A., & Blumensaat, F. (2019). Synchronous LoRa mesh network to monitor processes in underground infrastructure. IEEE access, 7, 57663-57677.
Blumensaat, F., Dicht, S., & Ebi, C. (2019). Niedrigenergiefunk im Untergrund: Möglichkeiten und Grenzen einer neuen Daten-Fernübertragung in der Siedlungsentwässerung. Aqua & Gas, 99(3), 52-60.
Devasia-Metzger, J. R., Rieckermann, J., Ort, C., & Burkhardt, M. (2019). Vorhersage der Mecoprop-Dynamik im urbanen Regenwasserabfluss mit einem gekoppelten prozess-basierten Schmutzfrachtmodel. REGENWASSER WEITERDENKEN ?, 46.
Bryner, A. (2018). What happens underground made detectible. News Eawag
Keller, C. (2016). Understanding the urban drainage system of Fehraltorf. Master thesis Swiss Federal Institute of Technology (ETH) Zürich.
Krejci, V. (1994). Integrierte Siedlungsentwässerung: Fallstudie Fehraltorf. Eidg. Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz Eawag.
Krejci, V., Schilling, W., & Gammeter, S. (1994). Receiving water protection during wet weather. Water Science and Technology, 29(1-2), 219-229.
Zweck:
• Bestehende Belastungssituation und Gefährdungen des Grundwassers im Modellgebiet ermittelt.
• Entwicklung von Feldmethoden und numerischen Modellansätzen.
• Entwicklung von einem adaptiven Grundwassermanagement, welches auf bestehenden und neuen hydrogeologischen Kenntnissen sowie auf chemischen Analysen in den Trinkwasserbrunnen sowie bei der Passage des Oberflächenwassers in den Untergrund aufbaut und die das Potenzial der Digitalisierung im Grundwasserschutz und Altlastenbearbeitung nutzt.
Beschreibung:
Das Modellgebiet ist geprägt durch stark urbane und industriell genutzte Flächen. Diese räumlichen Strukturen haben grosse Auswirkungen auf die Wasserversorgung und auf die Qualität des Grundwassers. Im Trinkwassergewinnungsgebiet werden pro Jahr rund 15 Mio. m3 Trinkwasser durch die Hardwasser AG gefördert. Das Trinkwassergewinnungsgebiet ist geologisch sowie hydrogeologisch sehr komplex. Das Grundwasser zirkuliert in einem regionalen Karstgrundwasserleiter und einem überliegenden Lockergesteinsgrundwasserleiter, in welchem Rheinwasser künstlich infiltriert wird. Der Wasserversorger reichert heute doppelt so viel Grundwasser an, wie entnommen wird. Da somit deutlich mehr Filtrat versickert als Grundwasser entnommen wird, entsteht im Bereich der Grundwasseranreicherungszone ein „Grundwasserberg“, der das Gebiet vor Einflüssen aus den umgebenden Industriegebieten und belasteten Standorten schützt. Das Gebiet wird intensiv hydrogeologisch untersucht. Neben den zahlreichen aus dem Rhein stammenden Verbindungen, die im Grundwasser festgestellt werden können, sind die chlorierten Kohlenwasserstoffe Hexachlorbutadien und das Isomer 1,1,4,4-Tetrachlorbutadien sowie Tri- und Tetrachlorethen speziell zu erwähnen. Im Projekt „Regionale Wasserversorgung Basel-Landschaft 21“ und nachfolgenden Studien wurden Methoden zur Erfassung und Beurteilung der chemischen Wasserqualität erarbeitet, weitergehende Aufbereitungsmethoden zur Entfernung von Spurenstoffen im Hardwald ermittelt und ein adaptives (quasi-) Echtzeit online Werkzeug für ein effektives Grundwassermanagement entwickelt. Weitere Informationen über die Eigenschaften des Einzugsgebiets und laufende Forschungsarbeiten finden Sie hier.
Instrumentierung:
Diverse Messungen fanden an Piezometer, Multilevel Grundwassermessstellen, Cluster Messstellen (Piezometer-Nest), Grundwasserentnahmebrunnen und dem Rheininfiltrat statt. Darüber hinaus wurden diverse Experimente und Messungen im Grundwasser, Rheinwasserinfiltrat und Boden durchgeführt. Eine Aufzählung ist im Folgenden zu finden:
- Infiltrationsmengen wurden mit der P-Q (Pegel-Abfluss) Beziehung bestimmt und werden kontinuierlich gemessen
- Direct-Push Sondierungen und Schürfprobe von Bodenproben um u.a. Corg und Spurenstoffverteilung im Boden zu bestimmen.
- Zeitreihenmessungen von Spurenelemente, stabile Wasserisotopen und Edelgase an ausgewählte Brunnen und Piezometer.
- Zeitreihenmessungen von Grundwasserständen, elektrische Leitfähigkeiten und Temperaturen an ausgewählte Brunnen und Piezometer.
- Stichtagsbeprobungen an Piezometer und Brunnen mit Messungen der Hauptionen, stabile Wasserisotope, Spurenstoffe, VOC.
- Säulenelutionsversuch mit Bodenmaterial aus Infiltrationskanälen um u.a. Konzentrationen von chlorierte Kohlenwasserstoffe (z.B. PER, TRI) zu bestimmen
- Bohrkampagnen inkl. Setzen von Multilevel und Cluster (Piezometer-Nest) Grundwassermessnetzen.
- Dauer-Pumpversuche und Markierversuch mit Uranin und Naphtionat. Messungen von VOC, Spurenstoffe, stabile Wasserisotope, Hauptionen, Edelgase.
- Beprobung für Grundwasseraltersdatierung (3H-3He).
- Numerische Grundwassermodellierung
Hauptansprechpartner:
Moeck, Christian, Dr.; christian.moeck@eawag.ch
Schirmer, Mario, Prof. Dr.; mario.schirmer@eawag.ch
von Gunten, Urs, Prof. Dr.; urs.vongunten@eawag.ch
Moeck, C.; Popp, A. L.; Brennwald, M. S.; Kipfer, R.; Schirmer, M. (2021) Combined method of 3H/3He apparent age and on-site helium analysis to identify groundwater flow processes and transport of perchloroethylene (PCE) in an urban area, Journal of Contaminant Hydrology, 238, 103773 (13 pp.), doi:10.1016/j.jconhyd.2021.103773, Institutional Repository
Merle, T.; Knappe, D. R. U.; Pronk, W.; Vogler, B.; Hollender, J.; von Gunten, U. (2020) Assessment of the breakthrough of micropollutants in full-scale granular activated carbon adsorbers by rapid small-scale column tests and a novel pilot-scale sampling approach, Environmental Science: Water Research and Technology, 6(10), 2742-2751, doi:10.1039/D0EW00405G, Institutional Repository
Moeck, C.; Molson, J.; Schirmer, M. (2020) Pathline density distributions in a null-space Monte Carlo approach to assess groundwater pathways, Groundwater, 58(2), 189-207, doi:10.1111/gwat.12900, Institutional Repository
Popp, A. L.; Scheidegger, A.; Moeck, C.; Brennwald, M. S.; Kipfer, R. (2019) Integrating Bayesian groundwater mixing modeling with on-site helium analysis to identify unknown water sources, Water Resources Research, 55, 10602-10615, doi:10.1029/2019WR025677, Institutional Repository
Moeck, C.; Affolter, A.; Radny, D.; Dressmann, H.; Auckenthaler, A.; Huggenberger, P.; Schirmer, M. (2018) Improved water resource management for a highly complex environment using three-dimensional groundwater modelling, Hydrogeology Journal, 26, 133-146, doi:10.1007/s10040-017-1640-y, Institutional Repository
Moeck, C.; Radny, D.; Huggenberger, P.; Affolter, A.; Auckenthaler, A.; Hollender, J.; Berg, M.; Schirmer, M. (2018) Verteilung anthropogen eingetragener Stoffe im Grundwasser: ein Fallbeispiel aus der Nordschweiz, Grundwasser, 23(4), 297-309, doi:10.1007/s00767-018-0403-6, Institutional Repository
Moeck, C.; Radny, D.; Popp, A.; Brennwald, M.; Stoll, S.; Auckenthaler, A.; Berg, M.; Schirmer, M. (2017) Characterization of a managed aquifer recharge system using multiple tracers, Science of the Total Environment, 609, 701-714, doi:10.1016/j.scitotenv.2017.07.211, Institutional Repository
Merle, T.; Pronk, W.; von Gunten, U. (2017) MEMBRO3X, a novel combination of a membrane contactor with advanced oxidation (O3/H2O2) for simultaneous micropollutant abatement and bromate minimization, Environmental Science and Technology Letters, 4(5), 180-185, doi:10.1021/acs.estlett.7b00061, Institutional Repository
Moeck, C.; Radny, D.; Auckenthaler, A.; Berg, M.; Hollender, J.; Schirmer, M. (2017) Estimating the spatial distribution of artificial groundwater recharge using multiple tracers, Isotopes in Environmental and Health Studies, 53(5), 484-499, doi:10.1080/10256016.2017.1334651, Institutional Repository
von Gunten, U.; Merle, T.; Lee, M.; Pronk, W.; Hollender, J.; Vogler, B.; Gabriel, T.; Meier, T. (2017) Aufbereitung von Trinkwasser im Hardwald. Einschätzung der jetzigen Situation und möglicher zusätzlicher Aufbereitungsstufen, Aqua & Gas, 97(2), 21-28, Institutional Repository
Möck, C.; Radny, D.; Stoll, S.; Borer, P.; Rothardt, J.; Affolter, A.; Huggenberger, P.; Auckenthaler, A.; Hollender, J.; Berg, M.; Schirmer, M. (2017) Multivariate Statistik. Zur Optimierung des Wasserressourcen-Managements im Hardwald, Aqua & Gas, 97(2), 14-20, Institutional Repository
Moeck, C.; Radny, D.; Borer, P.; Rothardt, J.; Auckenthaler, A.; Berg, M.; Schirmer, M. (2016) Multicomponent statistical analysis to identify flow and transport processes in a highly-complex environment, Journal of Hydrology, 542, 437-449, doi:10.1016/j.jhydrol.2016.09.023, Institutional Repository
Moeck, C., & Radny, D. (2016): Regionale Wasserversorgung Basel-Landschaft 21, Teilprojekt 3: Trinkwassermanagement Hardwald, 1-216
Zweck:
- Beobachtung der Wechselwirkungen zwischen Grundwasser und Oberflächenwasser in einem alluvialen Grundwasserleiter (z. B. Wasseraufnahme von Pflanzen, Isotopensignaturen)
- Verständnis von Strömung und Transport in mehrschichtigen porösen Aquiferen
- Bewertung des mikrobiellen Transports in porösen Grundwasserleitern
- Lehre der Grundwasserhydrologie und unterirdischer Umweltprozesse
Beschreibung:
Kappelen (BE), Schweiz, ist ein 1996 initiiertes Testgebiet (~0,5 km2), das 15 km nordwestlich der Stadt Bern, in der Nähe des Dorfes Lyss liegt. Der durchschnittliche Jahresniederschlag liegt bei 900 mm. Der Standort befindet sich in einem flachen Mischwald, der im Westen von landwirtschaftlichen Flächen und im Osten von der Alten Aare begrenzt wird. Unter der Oberfläche befinden sich mehrere Schichten von Lockergesteinen alluvialen Ursprungs, vermischt mit Sanden und Schluffen (mit einer hydraulischen Leitfähigkeit von ~ 1-10-4 m/s). Diese Kiese überlagern eine Einheit aus feinkörnigen Sanden und Schluffen/Tonen (mit einer hydraulischen Leitfähigkeit von 5-10-4 bis 1-10-2 m/s). Der Standort umfasst ein Netz von Überwachungsbrunnen (mit einer Fläche von ca. 90 × 60 m2), das aus sieben Brunnenpaaren mit 100 mm Durchmesser besteht, wobei ein tiefes und ein flaches Bohrloch Zugang zu zwei verschiedenen Grundwasserleitern haben. Die Brunnen im oberen Teil des darunter liegenden Grundwasserleiters haben 4 m lange Filterstrecken, die etwa 4 bis 8 m unter der Oberfläche (m BGS) liegen, während die Brunnen im tieferen Teil 4 m lange Filterstrecken haben, die zwischen 10 und 16 m BGS liegen. Zwei zusätzliche Tiefbrunnen mit identischen Merkmalen vervollständigen das Netz. Der einfache Aufbau bietet den Studierenden eine aussergewöhnliche Gelegenheit, in die Methoden der Feldarbeit eingeführt zu werden und ermöglicht die Beobachtung der Wechselwirkungen zwischen Oberflächenwasser (Alter Aare) und Grundwasser sowie der mikrobiellen Prozesse in einem stark leitfähigen alluvialen Aquifer. Das Labor für Umweltingenieurwissenschaften (ETH) betreibt dieses Feldlabor. Weitere Informationen zum Versuchsgelände finden Sie hier.
Instrumentierung:
- Meteorologische Station
- Zeitreihen der Grundwasserstände in allen Brunnen sowie elektrische Leitfähigkeiten und Temperaturmessungen in ausgewählten Brunnen
- Zeitreihen von Bodenfeuchte- und Matrixpotentialmessungen in verschiedenen Tiefen (10, 20, 40 cm).
- Grundwasserneubildungsberechnungen und numerische Grundwassersimulationen
Hauptansprechpartner:
Floriancic, Marius, Dr.; floriancic@ifu.baug.ethz.ch
Biolley, Lucien; biolley@ifu.baug.ethz.ch
Jimenez-Martinez, Joaquin; joaquin.jimenez@eawag.ch and jjimenez@ethz.ch
Flynn, R., Hunkeler, D., Guerin, C., Burn, C., Rossi, P., and Aragno, M. (2004) Geochemical influences on H40/1 bacteriophage inactivation in glaciofluvial sands. Environmental Geology, 45(4), 504-517.
Flynn, R.M., 2003. Virus transport and attenuation in perialpine gravel aquifers (Doctoral dissertation, Université de Neuchâtel).
Oyono, E. (1996) Geophysical and hydraulic study of the hydrogeology of the Kappelen experimental site (Bern, Switzerland). MSc Thesis, University of Neuchatel, Switzerland (In French)
Zweck:
- Hydrogeologisches Prozessverständnis für ein pre-alpines natürliches System zu entwickeln.
- Analyse von Wasserbilanzen und Entwicklung hydrologische Modelle.
- Prozessstudien zu Energie- und Wasseraustausch an der Landoberfläche
Beschreibung:
Das Forschungseinzugsgebiet Rietholzbach ist ein kleines voralpines Einzugsgebiet im Oberlauf der Thur. Das Einzugsgebiet des Rietholzbachs umfasst eine Fläche von ca. 3.31 km2 und eine Höhenlage von 682 bis 950 m. Das lokale Klima ist durch gemässigte feuchte Bedingungen mit hohen Niederschlagsmengen im späten Frühjahr und Sommer gekennzeichnet. Die Landschaft ist von Grünland (mehr als 2/3 der Fläche werden als Weideland genutzt) und Wäldern bedeckt. Die Geologie besteht aus der tertiären Oberen Süsswassermolasse, die in höheren Lagen steile Hänge und Plateaus bildet. In der Talsohle überlagern glaziale Moränenablagerungen aus dem Pleistozän die Oberen Süsswassermolasse. Die vorherrschenden Bodentypen im Einzugsgebiet sind Regosole auf der Oberen Süsswassermolasse und Cambisole an den unteren Hängen des Pleistozän. In den flachen Talsohlenbereichen finden sich Gleysole und torfhaltige Böden. Weitere Informationen über die Eigenschaften des Einzugsgebiets und laufende Forschungsarbeiten.
Instrumentierung:
Die hydrometeorologische Forschung im Rietholzbach begann in den späten 1970er Jahren, als das Gebiet mit Abflussmessstationen, einer meteorologischen Station und einem grossen Wägelysimeter (Feldstandort Buel) ausgestattet wurde. Der hydrometeorologische Standort Rietholzbach wird von der Gruppe Land-Climate Dynamics der ETH Zürich betreut. Messungen werden kontinuierlich an zwei Standorten durchgeführt: "Büel" und "Mosnang". Der Standort "Büel" ist mit meteorologischen Instrumenten und hydrologischen Abfluss- und Grundwassermessgeräten ausgestattet. In Mosnang wird der Abfluss des gesamten Rietholzbacheinzugsgebietes durch eine BAFU Messstation erfasst. Die Daten werden von mehreren Datenloggern mit einem mindestens stündlichen Zeitintervall aufgezeichnet. Die aktuelle Instrumentierung ist hier aufgelistet. Auch werden durch die Eawag aus einer grosser Anzahl an Piezometer aktuell 12 Grundwasserechtzeitmessungen entlang eines Transekt in der Nähe des Feldstandortes Buel durchgeführt.
Hauptansprechpartner:
Seneviratne, Sonia I., Prof. Dr.; sonia.seneviratne@ethz.ch
Hirschi, Martin, Dr.; martin.hirschi@env.ethz.ch
Moeck, Christian, Dr.; christian.moeck@eawag.ch
Widmoser, P., and Michel, D. (2021): Partial energy balance closure of eddy covariance evaporation measurements using concurrent lysimeter observations over grassland. Hydrology and Earth System Sciences, 25(3), 1151-1163, doi:10.5194/hess-25-1151-2021.
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Arbeiten vor 2001 sind auf der ETH Seite der LandClim Gruppe, Sonia Seneviratne zu finden.
Zweck:
- Prozesse der Grundwasser - Oberflächeninteraktion besser zu verstehen
- Entwicklung und Verbesserung von hydrologischen und hydrogeologischen Modellen
- Entwicklung Tracer und Monitoring Methoden
- Revitalisierung und Einfluss auf Lebensraum Gewässer, Sedimentdynamik und Wasserqualität
Beschreibung:
Die Thur liegt im Nordosten der Schweiz und hat ein ungefähres Einzugsgebiet von 1700 km2. Die Thur ist der längste Fluss in der Schweiz, der auf seiner gesamten Länge (~130 km) keine größeren natürlichen oder künstlichen Stauseen aufweist, was zu einer ausgeprägten jahreszeitlichen Schwankung des Abflusses führt. Die Thur hat drei grosse Nebenflüsse: die Murg, die Necker und die Sitter.
Die durchschnittliche Niederschlagsmenge im Einzugsgebiet der Thur schwankt zwischen 700 mm/Jahr in der nördlichen Mittelgebirgsregion und 2700 mm/Jahr in der südlichen Gebirgsregion. Die Thur entspringt im südlichen, gletscherfreien, kalkdominierten Voralpengebiet des Einzugsgebiets in der Nähe des Säntis, wo die Vegetation spärlich und die Böden meist flach sind. Hier beschränken sich die ergiebigen Grundwasservorkommen weitgehend auf kleine fluvio-glaziale Kies- und Sandablagerungen, die größtenteils in Talsohlen vorkommen. Die pleistozänen Molassesandsteine, Mergel und Konglomerate, die sich vor allem im nördlichen Teil des Thureinzugsgebietes befinden, sind sehr grundwasserproduktiv und beherbergen eines der grössten Grundwassersysteme der Schweiz.
Die Landnutzung im Einzugsgebiet der Thur wird von der Landwirtschaft dominiert (~ 60 %), mit grossen Weideflächen. 30 % der Landfläche sind bewaldet, die restlichen ca. 10 % bestehen aus Oberflächengewässern und städtischen Gebieten. Die Höhenlage im Einzugsgebiet der Thur schwankt zwischen 2502 und 363 m ü. M. Der Abfluss der Thur kann innerhalb weniger Stunden um bis zu zwei Grössenordnungen schwanken, wobei die Abflussmengen an der Abflussstation Andelfingen zwischen 3 und 1130 m3/s liegen.
Instrumentierung:
Diverse Messungen im Oberflächen- und Grundwasser. Dies beinhaltet Wasserstand, Abfluss, Temperatur, elektrische Leitfähigkeit, Schadstoffe, Hydrochemie, Isotope sowie geophysikalische, biologische und Fernerkundungsdaten.
Hauptansprechpartner:
Schirmer Mario Prof. Dr.; mario.schirmer@eawag.ch
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