O 8.10: Audimax A, Geb , , 11:00-11:15

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Teresa Beck
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1 O 8.10: Audimax A, Geb , , 11:00-11:15 Interaktion von Seen mit Grundwasserkörpern Stabile Umweltisotope als Tracer für Nachweis, Quantifizierung und Unterstützung für die Modellierung der Seewasserbilanz Till Harum1, Albrecht Leis1, Christian Reszler1, Andreas Dalla-Via1 1 Institut für Wasser, Energie und Nachhaltigkeit, Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbh Kontakt: till.harum@joanneum.at Anhand von zwei kleinen alpinen Seen mit sehr unterschiedlichen hydrogeologischen Rahmenbedingungen wird dargestellt, dass die stabilen Umweltisotope 18O und 2H relevante Informationen über Verdunstungsprozesse, Zu- und Abstrom von Grundwasser sowie das Zirkulationsverhalten in Seen liefern. Der in Kärnten (Österreich) gelegene Klopeiner See war eines der Testgebiete des ETCAlpine- Space-Projekts SILMAS, in dem es unter anderem um die Untersuchung der Auswirkungen des Klimawandels auf Wasserhaushalt und Zirkulation alpiner Seen ging (Borasi et al., 2013). Es handelt sich um einen kleinen meromiktischen See (Einzugsgebiet 2,4 km2, Seeoberfläche 1,14 km2, maximale Tiefe 48 m). Der See wird überwiegend durch kleine Porengrundwasserzutritte alimentiert und hat einen Oberflächenabfluss. Die Zirkulation ist sehr langsam mit einer mittleren Verweilzeit in der Tiefe von rund 7 Jahren (Datierung mit Tritium-Helium-Methode). Untersuchungen auf die stabilen Isotope 18O und 2H belegten die hohe Dominanz der Seeverdunstung für die Wasserbilanz, die langsame Zirkulation im See und einen Verlust von Seewasser zu einer Quelle, deren Seewasseranteil quantifiziert werden konnte. Dies stellte eine wichtige Information für die hydrologische Modellierung der Seewasserbilanz und deren vergangene und zukünftige Entwicklung dar. Der in den Nördlichen Kalkalpen in der Obersteiermark (Österreich) gelegene Altausseer See war Gegenstand einer Studie im Auftrag der Steiermärkischen Landesregierung, Referat Gewässeraufsicht und Gewässerschutz (Harum et al., 2014). Er hat ein intensiv verkarstetes Einzugsgebiet (Fläche 54,5 km2, Seeoberfläche 2,1 km2). Der See empfängt seinen 8 Isotopen- und Tracermethoden in der Hydrogeologie 157 hauptsächlichen Zufluss durch unterseeische Quellen, wie der hohe Abfluss des Sees beweist. Die Lage der unterseeischen Austritte war bisher nicht bekannt. Im Zuge neuer Tiefenlotungen wurde eine große Hohlform (Trichter) entdeckt, die an der tiefsten Stelle 73 m unter der Seeoberfläche liegt, 23 m mehr als bisher bekannt. Der See weist eine sehr rasche Zirkulation auf mit einer abgeschätzten mittleren Verweilzeit von nur rund sieben Monaten. Mit dem Ziel der Detektierung von Karstwasserzutritten im See und Nachweis und Quantifizierung des Karstwasserzutritts im Trichter wurden tiefengestaffelte Untersuchungen auf die stabilen Isotope 18O und 2H durchgeführt, weiters erfolgten Beprobungen der Zuflüsse und des Abflusses. Die Ergebnisse ermöglichten den Nachweis, dass im Bereich des Trichters ein Zutritt von Karstwasser mit hohen Schüttungsschwankungen vorliegt, Mischungsberechnungen und eine Korrelation mit dem Abfluss des Sees ergeben eine Schwankungsbreite zwischen nahezu 0 und über 5900 l/s. Ein Tauchgang in den Trichter bestätigten diese Ergebnisse. Eine geostatistische Interpolation der am Seegrund gemessenen 18O-Gehalte ermöglichte die Zonierung von Bereichen mit unterschiedlichen grundwasserbürtigen Regimes, die die hohe Alimentation des Sees durch Grundwasser aus einem Bergsturzgebiet und Karstwasser belegen. Literatur Borasi, L., Cane, D., Fink, G., Fresner, R., Von Hardenberg, J., Harum, T., Leis, A., Maffiotti, A., Provenzale, A., Reszler, C., Santner, G., Schulz, L., Siligardi, M., Wahl, B., Wolf, T., Zennaro, B. (2013): Climate Change Impacts on Alpine Lakes.- Publ. Book, Silmas Alpine Lakes Network, 184 p, Lyon. Harum, T., Leis, A., Reszler, C., Schulz, L., Fresner, R. & Santner, G. (2013): Interaction of lakes with local groundwater systems environmental isotopes as tool for water balance investigations.- In Richoz S., Dietzel M., Leis A. (Eds., 2013): 12th Austrian Stable Isotope Network Meeting, Graz, November 15th - 16th 2013, Proramm and Abstract volume, Ber. Inst. Erdw. K.-F.-Universität Graz, Band 18, ISSN , Graz. Harum, T., Leis, A., Reszler, Ch., Dalla-Via, A., Stadler, H. (2014): Hydrologische Untersuchung Altausseer See.- Published report, 51 S, Graz (demnächst Online auf Schafheutle, M. (2012): Große Karstquelle am Nordufer des Altausseer Sees Tauchgänge Videodokumentation.

2 Zötl, J. (1961): Die Hydrographie des nordostalpinen Karstes.- Steir. Beitr. z. Hydrogeologie, Jg 1960/61, Heft 2, 183 S, Graz.

1 Interaktion von Seen mit Grundwasserkörpern Stabile Umweltisotope als Tracer für Nachweis, Quantifizierung und Unterstützung für die Modellierung der Seewasserbilanz T. HARUM, A. LEIS, Ch.

3 1 Interaktion von Seen mit Grundwasserkörpern Stabile Umweltisotope als Tracer für Nachweis, Quantifizierung und Unterstützung für die Modellierung der Seewasserbilanz T. HARUM, A. LEIS, Ch. RESZLER & A. DALLA-VIA JOANNEUM RESEARCH Institut für Wasser, Energie und Nachhaltigkeit Graz / Österreich till.harum@joanneum.at Grundwasser - Mensch - Ökosysteme, 25. Tagung der Fachsektion Hydrogeologie in der DGGV 2016, Karlsruhe, 16 April 2016

2 Klopeiner See http://www.alpine-space.

mit Interaktion mit einem quartären Porenaquifer Sehr langsame Zirkulation Einzugsebiet: 2.40 km 2 Seefläche: 1.14 km 2 Max.

4 2 Klopeiner See Ziel: Einfluss von Klimaänderungen auf Wasserbilanz und Zirkulation alpiner Seen Gebiet: Jauntal (Kärnten) Kleiner meromiktischer See mit Interaktion mit einem quartären Porenaquifer Sehr langsame Zirkulation Einzugsebiet: 2.40 km 2 Seefläche: 1.14 km 2 Max. Tiefe: 48 m Foto: Kärntner Institut für Seenforschung Altausseer See Ziel: Nachweis und Quantifizierung von Karstzuflüssen in den See Gebiet: Nördliche Kalkalpen (Steiermark) Alpiner See mit bedeutender Alimentation durch Karstquellen Sehr rasche Zirkulation Einzugsgebiet: 54 km 2 Seefläche: 2.1 km 2 Max. Tiefe: 73 m Foto: T. Harum, 2012

5 Isotopenmessnetz Österreich und Lage der Seen 3 Altausseer See Klopeiner See

6 Messnetz Klopeiner See 4 Deep profile sampling Monthly sampling and measurements Spring connected with the lake with monthly sampling Outflow gauging station Sampling for isotopes

7 Klopeiner See: Isotopenuntersuchungen 5 Seewasser Quelle

8 6 Klopeiner See: Komponententrennung der Quellschüttung Q LP Q tot ( C ( C spring lake C C GW GW ) )

9 Monitoring Isotopenprofil 18 O VSMOW [ ] depth [m] ,4-3,5-3,6-3,7-3,8-3,9-4,0-4,1 12/09 03/10 06/10 09/10 12/10 03/11 date Füllzeit 3 H- 3 He Verweilzeit 48 m depth: 6.8 years Fill Up Time (years) Filling Time (years)

10 Hochaufgelöste Wassertemperaturmessungen 8 Quelle: Borasi et al. (2013)

11 9 Langzeitsimulation der Wasserhaushaltskomponenten

12 Geologie Altausseer See 10

13 11 Neue Tiefenkarte Altausseer See

14 Probennahmeprogramm Altausseer See 12 Karsttrichter TR1 Referenzquelle Z3 PR1, P, TR1 Tiefenprofile Z Quellzuflüsse Messstation Seeabfluss

15 Gesamtseeabfluss zum Zeitpunkt der Probennahmen 13

16 Tiefenprofile Deuterium 14 Tiefenprofile im August 2012 Tiefenprofile im Juli 2013

17 15 Verhältnis Sauerstoff-18 zu Deuterium im Vergleich zum Niederschlag (Quelle ANIP 2012)

18 Interpolierte Verteilung der Sauerstoff-18-Konzentrationen am Seegrund (Werte in jeweils größter Tiefe der Profile) 16 August 2012 Juli 2013

19 Abschätzung der Zutrittsmenge im Karsttrichter 17 Q See, C See C Tr Q See über dem Trichter geschätzt aus Fließgeschwindigkeit des Seewassers über Trichter: rund 2-9 m/d bei Trichterbreite 10 m: 8 38 l/s Q K, C K

20 Durch Regression mit den Gesamtabflüssen am Pegel simulierte mittlere Monatsmittel und Jahresmittel der Quellschüttung aus dem Trichter (Zeitraum ). 18

21 Verifizierung durch Tauchgang in den Trichter im Oktober Lebender Seesaibling und gerundete Gerölle am Trichtergrund, Fehlen von Feinsedimenten Karrenbildungen an der Trichterwand Quelle: SCHAFHEUTLE, M. (2012): Große Karstquelle am Nordufer des Altausseer Sees. Tauchgänge Videodokumentation.

22 Zusammenfassung 20 Isotopenuntersuchungen ermöglichen die Charakterisierung und Quantifzierung der Interaktionen zwischen Seen und Grundwasser bezüglich Zuflüssen und Verlusten Sie stellen somit eine wichtige Unterstützung für die Erstellung und Simulation des Wasserhaushalts von Seen dar Sie ermöglichen die Detektierung von im See befindlichen Quellzutritten sowie die Zonierung unterschiedlicher grundwasserbürtiger Regimes in Seen Im Gegensatz zu chemisch-physikalischen Parametern stellen stabile Isotope einen konservativen Tracer für die Charakterisierung von Zirkulationsprozessen in Seen dar Die Füllzeit von Seen, die in der klassischen Limnologie auch als Verweilzeit bezeichn et wird steht bei langsam zirkulierenden Systemen in keinem Zusammenhang mit der mittleren Verweilzeit aus Isotopenuntersuchungen Die Methodik ist unabhängig vom Aquifertyp

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