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Tracerlabor
Die Tracerhydrologie am Geographischen Instiut
Unser Institut war in den 70er Jahren am weltweiten Aufbau der Tracerhydrologie massgeblich beteiligt. In den letzten Jahren hat unsere Tracerhydrologie nochmals einen Schub bekommen im Rahmen der Entwicklung von Abflussmess- techniken nach dem Tracerverdünnungsverfahren.
Unsere Dienstleistungen
- Auswertung von Markierversuchen (Tracerexperimente, Färbversuche). Die Nachweisgrenzen der Fluoreszenztracer sind abhängig von der optischen Reinheit des Probewassers. In optisch reinem Wasser, zum Beispiel von Molassequellen oder mit Reinwasser werden für Natrium-Fluoreszein (Uranin) Nachweisgrenzen von 0.0005 Mikrogramm pro Liter erreicht. Das heisst, man könnte ein Milligramm Fluoreszein, gelöst in einem Schwimmbad von der Grösse eines Olympia-Beckens gerade noch nachweisen.
- Gutachten: Das Labor verfasste eine Reihe von hydrologischen Gutachten, unter anderem über neue Tracer sowie über Nachweisgrenzen von Tracern.
Ausrüstung Tracerlabor
- Fluoreszenzspektrometer Perkin Elmer LS5B für Doppelscanning
- Pocket Fluorimeter (speziell für die Feldanalyse von Fluoreszenztracern im Zusammenhang mit der Abflussmessung nach der Tracerverdünnungsmethode)
- Salztracer und natürlich gelöste Stoffe als Tracer siehe Hydrochemie
Abflussmessungen in Tashkent, Usbekistan: Die Ausrüstung für unsere Pumpmethode hat in einem kleinen Köfferchen Platz. Links im Köfferchen die gleichmässig laufende Pumpe, in der Mitte der Akku, rechts das Pocketfluorimeter und im Deckel die Filterspritze. Das Ganze kann von einer Person mühelos im Rucksack getragen werden
Abflussmessungen nach der Tracerverdünnungs- methode
Das Prinzip ist einfach: Ein wasserlöslicher Tracer wird in den Fluss gegeben und flussabwärts der Konzentrationsverlauf gemessen: Je kleiner die mittlere Konzentration, desto grösser ist die Verdünnung und desto grösser der Abfluss.
Der am einfachsten zu verwendende Tracer ist Kochsalz. Dieses lässt sich durch Messung der elektrolytischen Leitfähigkeit schnell und zuverlässig messen. Allerdings besitzen Gewässer wegen den verschiedenen natürlich gelösten Ionen bereits eine bestimmte Grundleitfähigkeit, in nicht kristallinen Gebieten sind dies meistens einige hundert Mikrosiemens. Um eine hohe Messgenauigkeit zu erreichen, sollte die vom Salztracer stammende Leitfähigkeit etwa hundert 100 Mikrosiemens über der Grundleitfähigkeit liegen. Dies ist der Grund, dass Abflussmessungen hohe Salzmengen benötigen, und zwar rechnen wir mit drei bis fünf Kilogramm pro Kubikmeter pro Sekunde Abfluss.
Für die Messung von Abflüssen mit Kochsalz als Tracer wurde vom Geographischen Institut ein spezieller Messkoffer mit Notebook und Leitfähigkeitsmessgerät entwickelt. Später wurde diese Ausrüstung zum System mit vier Messonden ausgebaut. Damit lassen sich in einem Flussquerschnitt vier Messungen gleichzeitig durchführen. Stimmen die Ergebnisse nicht überein, so war die Durchmischung schlecht und es muss ein Messquerschnitt in grösserer Distanz von der Eingabestelle gewählt werden.
Aus den oben begründeten hohen Mengen Salz folgt, dass Salztracer nur für kleinere Abflüsse bis zu einigen Kubikmetern pro Sekunde geeignet sind. Bei einem Abfluss von zum Beispiel 10 m3/s müssten rund 50 kg Salz, vorgelöst in 200 l Wasser, eingegeben werden. Das wird zu einem Kraftakt und braucht ein Team. In solchen Fällen werden Fluoreszenztracer benötigt. Diese kommen im Wasser natürlicherweise höchstens in Spuren vor und sind noch in Konzentrationen bis zu 0.001 Mikrogramm pro Liter nachweisbar. Deshalb genügen Eingabemassen von ein paar Gramm pro Kubikmeter pro Sekunde Abfluss.
Bisher bestand das Problem, dass Fluoreszenzproben erst im Labor gemessen werden konnten, es sei denn, man verfüge über ein teures Feldfluorimeter. Am Institut wurde nun ein Messkoffer mit einem neuen „Pocketfluorimeter“ zusammengestellt, welches das erwähnte Problem löst. Damit ist wie beim Salz eine Auswertung direkt im Feld möglich, man kann das Ergebnis sofort beurteilen und im Zweifelsfall die Abflussmessung wiederholen. Wesentlich ist auch, dass alles Material in einem kleinen Rucksack Platz hat. Entsprechend ist die Ausrüstung auch für das Fluggepäck tauglich. In einem ersten Einsatz hat sich diese Methode am Ausfluss des Lake Sarez im Pamirgebirge bewährt, der Abfluss betrug gegen 30 Kubikmeter pro Sekunde.
Einführung in die Tracerhydrologie (pdf, 4.4 MB)
Lake Sarez Report (pdf, 3.3 MB)
Ausbildung
Wir bilden nicht nur Studierende im Rahmen von Vorlesungen und Praktika aus, sondern wir vermitteln die Tracermethodik weltweit. Dabei wurden in einigen Ländern neue Tracerlabaoratorien eingerichtet. Dies war wegen schlechten Rahmenbedingungen nicht immer einfach. So fehlt es oft an sauberem Laborwasser oder einer funktionierenden Wasseraufbereitung, an geeignetem allgemeinem Labormaterial und in Nepal auch an Strom. Deshalb wurde jeweils zusätzliches Hilfmaterial wie Werkzeuge und Ionentauscher gespendet. Reparaturen am empfindlichen Fluoreszenzspektrometer müssen selber vorgenommen werden.
