Im Einzugsgebiet der Fassung A des Wasserwerks Thülsfelde wurden in langjährigen Beobachtungen Nitratgehalte an einzelnen Lokationen von bis zu 300 mg/L im oberflächennahen Grundwasser gemessen. Dennoch ist die betrachtete Fassung A des 27 km2 großen Einzugsgebietes weitgehend nitratfrei. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, welche Prozesse im Untersuchungsgebiet wirken, wie die hierfür in Frage kommenden Abbauprozesse und das für die Prozesse notwendige reaktive Material verteilt sind. Es ist bekannt, dass mikrobielle Reduktionsprozesse die effektivsten Nitratsenken sind. Diese Prozesse benötigen geeignete Reaktionspartner, die im Untergrund auch vorhanden sind, z.B. organischer Kohlenstoff oder Disulfidschwefel. In der vorliegenden Arbeit wurden folgende Teilaufgaben bearbeitet: • Identifikation reaktiver Zonen • Identifikation der Umsetzungsprozesse • Identifikation ihrer räumlichen Lage • Identifikation der Verteilung reaktiven Materials • Aufbau eines Prognosewerkzeuges. Mit den Ergebnissen der Untersuchungen (Gesamtschwefelgehalt, Gesamtkohlenstoffgehalt) an Gesteinsmaterial aus 13 Rammkernsondierungen bis in eine Tiefe von 19 m uGOK sowie einer Bohrung bis in eine Tiefe von 40 m uGOK, konnte im Grundwasserleiter eine vertikale Zonierung des reaktiven Materials abgebildet werden. Bis in eine Tiefe von 20 m uGOK sind nur geringe Gehalte reaktiven Materials gefunden worden (gemessen als Schwefelgesamtgehalte: kleiner 100 [mg/kg]). Erst darunter wurden bis 26 m uGOK Schwefelgesamtgehalte zwischen 100 und 1000 [mg/kg] und in Tiefen bis zu 36 m uGOK bis zu 6400 [mg/kg] Gesamtschwefel gefunden. Die Auswertung der Beschaffenheitsdaten an Vorfeldmessstellen und an der für diese Arbeit projektierten Mehrstufenmessstelle SGM (7 Beprobungshorizonte, bis in 35,6 m uGOK) zeigten, dass genau in den Tiefenbereichen mit ansteigenden Gehalten reaktiven Materials die Redoxgrenze verläuft. Unterhalb von 25 m uGOK ist das Grundwasser praktisch nitratfrei. Untersuchungen zum Grundwasseralter ergaben für den Bereich der Redoxgrenze ein Alter zwischen 15 und 25 Jahren. Dies konnte als Hinweis darauf gedeutet werden, zusammen mit den beschriebenen Erkenntnissen zur Zonierung des reaktiven Materials und der Nitratkonzentrationen in diesem Bereich, dass der Grund für die praktische Nitratfreiheit unterhalb von 20 bis 25 m uGOK Umsatzprozesse im Grundwasserleiter sind. Die durchgeführten Batch-und Säulenversuche zum Abbau von Nitrat an Material aus dem Grundwasserleiter zeigten in ihren Ergebnissen ebenfalls eine vertikale Zonierung über die Tiefe. Mit zunehmender Tiefe wurde eine höhere Abbauleistung (bezogen auf die Ausgangsmassenkonzentrationen von Nitrat in den Versuchsgefäßen) erreicht. Im oberen Grundwasserleiter wurden bis zu 50 % Abbauleistung erreicht, nur in den tiefen Zonen wurden mehr als 50 bis zu 100 % Abbauleistung erreicht. In den Versuchen mit Material aus dem oberen Grundwasserleiter konnten keine vollständigen ablaufenden Reaktionen beobachtet werden. Für die Berechnung des Nitrattransportes wurde ein Grundwasserströmungs- und Transportmodell aufgebaut. Verwendet wurde die Software Modflow und MT3d99. In das Transportmodul MT3d99 wurden für den Abbau von Nitrat aus Feldversuchen ermittelte Geschwindigkeitskonstanten eingebaut. Mit dem Prognosewerkzeug wurden Szenarien unterschiedlicher Nitrateinträge abgebildet. Es konnte gezeigt werden, dass steigende Nitratkonzentrationen im Grundwasserleiter abhängig vom Eintrag und von der reaktiven Kapazität eines Grundwasserleiters sind. Dabei wurde anhand von 3 unterschiedlichen Szenarien deutlich, dass das Vorhandensein z.B. von Disulfidschwefel im Untergrund nur eine Scheinsicherheit darstellt. Der Reaktionspartner wird bei dem mikrobiellen Umsatz aufgebraucht. Es kann innerhalb weniger Jahre zum Ansteigen der Nitratkonzentrationen und zum Nitratdurchbruch kommen. Das aufgebaute Modell ist in der Lage unterschiedliche Szenarien für den Nitrateintrag, z.B. bei Landnutzungsänderungen, unter der Berücksichtigung der Verteilung reaktiven Materials, zu simulieren. Das Ergebnis des Rechenmodells sind Spannweiten von Nitratkonzentrationen für das System Grundwasserleiter. Für die Fassung A bleiben noch Fragen offen: • Wie ist die Verteilung reaktiven Materials im tiefen Grundwasserleiter? • Welche Massen reaktiven Materials sind verfügbar, nicht nur stöchiometrisch? • Wie sind die Reaktionen im tiefen Grundwasserleiter verteilt? • Welche Abbausequenzen existieren im tiefen Grundwasserleiter? (Anlage Rohdaten auf CD-Rom in Printversion 226 MB)

Die Uferfiltration (UF) ist eine potentielle Alternative zur konventionellen Oberflächenwasseraufbereitung in Indien, da Trübstoffe, pathogene Mikroorganismen und organische Wasserinhaltsstoffe effektiv entfernt werden. In dieser Arbeit wurde erstmals ein umfangreicher Überblick zu bestehenden UF-Anlagen in Indien erarbeitet. Für die Standorterkundung und -bewertung wurde ein Konzept erarbeitet, das an drei Standorten entlang des Ganges getestet und weiterentwickelt wurde. Das Konzept umfasst vier Stufen: Standortvorerkundung, Bestimmung von Grundwasserleiterparametern, Erfassung von hydraulischen und Beschaffenheits-parametern sowie numerische Grundwasser-strömungsmodellierung. Entlang des oberen Flusslaufes des Ganges (Haridwar und Srinagar) wurden günstige geohydraulische Verhältnisse identifiziert (kf = 10E-4 bis 10E-3 m/s, Grundwasser leitermächtigkeit 11 bis 20 m). Entlang des unteren Flusslaufes (Patna) gibt es in Abhängigkeit von der Mächtigkeit der Sedimentablagerungen im Ganges nur bei erhöhter Schleppkraft im Monsun eine gute hydraulische Verbindung zwischen dem Fluss und dem Grundwasserleiter. In Haridwar wurde der Uferfiltratanteil im Rohwasser mittels Isotopenanalysen (δ18O) und Leitfähigkeitsmessungen im Fluss- und Rohwasser ermittelt. Der Uferfiltratanteil in den auf einer Insel und südlich davon gelegenen Brunnen liegt bei bis zu 90%. An den untersuchten Standorten wird durch die UF eine effektive Entfernung von E. coli um 3,5 bis 4,4 Log10 und der Trübung bis >2 Log10 Einheiten erreicht. Eine Entfernung von 3 Log10 Einheiten wurde bereits bei einer Fließzeit des Uferfiltrats von zwei Tagen beobachtet. Die erhöhte Anzahl an Coliformen in einigen Brunnen am Standort Haridwar resultiert aus Verunreinigungen des landseitigen Grundwassers. Bei Hochwässern und Starkregenereignissen muss eine Kontamination durch den direkten Eintrag von Wasser durch undichte Brunnenabdeckungen, Risse in den Schächten bzw. unsachgemäßen Brunnenbau berücksichtigt werden. Die Anwendung des angepassten Untersuchungskonzepts an 15 weiteren UF-Standorten in Indien hat gezeigt, dass die niedrigen DOC-Konzentrationen im Flusswasser (0,9 bis 3,0 mg/L) und im Brunnenwasser (0,4 bis 2,3 mg/L) günstig für die Anwendung der UF sind. Bei erhöhten DOC-Konzentrationen (Vormonsun) im Flusswasser konnte in Delhi und Mathura im Monsun eine 50%ige Verminderung erreicht werden. Bei der Erkundung neuer UF-Standorte in bergigen Gebieten sind die Grundwasserleitermächtigkeit mit geophysikalischen Erkundungsverfahren, die Strömungsverhältnisse in den alluvialen Ablagerungen sowie lokale Hochwasserrisiken zu untersuchen. / Riverbank filtration or bank filtration (RBF / BF) is a potential alternative to the direct abstraction and conventional treatment of surface water by virtue of the effective removal of pathogens, turbidity, suspended particles and organic substances. A comprehensive overview of existing RBF systems in India has been compiled for the first time. To systematically select and investigate new and existing potential RBF sites in India, a methodological concept was developed and tested at three sites along the Ganga River. The four stages of the concept are: initial site-assessment, basic site-survey, monitoring of water quality and quantity parameters and determination of aquifer parameters and numerical groundwater flow modelling. Suitable geohydraulic conditions for RBF (hydraulic conductivity: 10E-4 to 10E-3 m/s, aquifer thickness: 11 to 20 m) exist along the upper course of the Ganga (Haridwar and Srinagar). Due to the presence of fine sediment layers beneath the river bed along the Ganga’s lower course (Patna), river-aquifer interaction occurs during increased shear stress on the riverbed in monsoon. The portion of bank filtrate abstracted by the wells in Haridwar was determined from isotope analyses (Oxygen 18) and electrical conductivity measurements of river and well water and is up to 90% for wells located on an island and between the river and a canal. The results were confirmed by groundwater flow modelling. A high removal of E. coli (3.5 to 4.4 Log10 units) and turbidity (>2 Log10 units) was observed at the investigated sites. An E. coli removal of 3 Log10 units was observed for short travel times of 2 days. Higher coliform counts in some wells occur due to contamination from landside groundwater. During floods and intense rainfall events, contamination of RBF wells from direct entry of flood water, seepage of surface runoff into the well through leaky covers, fissures in the well-heads / caissons and in-appropriately sealed well-bases has to be considered. The application of the adapted investigation concept to 15 other sites in India showed that the low DOC concentrations in river water (0.9 to 3.0 mg/L) and well-water (0.4 to 2.3 mg/L) are favourable for the application of RBF. A 50% decrease of the high (pre-monsoon) DOC concentration was observed during monsoon in Delhi and Mathura. For the exploration of new RBF sites in hilly / mountainous areas, investigations of the aquifer thickness using geophysical methods, subsurface flow conditions in the alluvial deposits and the risk from floods should be conducted.