Geoprobe-Sondierverfahren und MIP-Sensorik – Anwendungsbeispiele / -grenzen –, Dipl.-Geol. Axel Oppermanngeo-log GmbH,
Volkmaroder Straße 8c, 38104 Braunschweig
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Geoprobe-Sondierverfahren umfassen eine Technologie, welche im Wesentlichen von der Fa. Geoprobe Systems in den USA entwickelt wurde und unter dem Begriff „Direct-Push“ sowohl in der Anwenderpraxis als auch in internationalen Regelwerken etabliert wurde.
Das Prinzip der „Direct-Push“ Erkundung beruht auf kleinkalibrigen Sonden und Gestängen sowie intelligenten Probenahme- und Messmethoden, die eine gezielte Erkundung des Untergrundes in Bezug auf die geologische, hydrogeologische und schadstoffrelevante Parameter ermöglichen. Ein besonderer Vorteil besteht in der möglichen Kombination von Probenahme- und Messmethoden, die eine schnelle und zielgerichtete Vorgehensweise mit Entscheidungsfindung vor Ort ermöglicht.
Durch Einbindung der Messdaten in Simulationsmodelle, welche wiederum mit Hilfe von chemischen Analysen aus räumlich differenziert entnommenen Proben kalibriert werden können, ist die Entwicklung von 3-D Modellen der Schadstoffbelastung möglich.
Die Erkundung von komplexen Schadensfällen für eine umfassende und abschließende Bewertung der Gefährdung und zur Planung von Sanierungsmaßnahmen ist ohne Einsatz von Direct-Push Technologien heute kaum noch denkbar. Dies gilt insbesondere bei der Anwendung von komplexen Sanierungsstrategien unter Einbeziehung von innovativen in-situ Verfahren oder „Treatment Trains“, welche eine hochauflösende 3-D Charakterisierung der vorhandenen Kontaminationskörper erfordern.
Die wesentlichen Vorteile der Direct-Push Technologie sind:
Das Prinzip der „Direct-Push“ Erkundung beruht auf kleinkalibrigen Sonden und Gestängen sowie intelligenten Probenahme- und Messmethoden, die eine gezielte Erkundung des Untergrundes in Bezug auf die geologische, hydrogeologische und schadstoffrelevante Parameter ermöglichen. Ein besonderer Vorteil besteht in der möglichen Kombination von Probenahme- und Messmethoden, die eine schnelle und zielgerichtete Vorgehensweise mit Entscheidungsfindung vor Ort ermöglicht.
Durch Einbindung der Messdaten in Simulationsmodelle, welche wiederum mit Hilfe von chemischen Analysen aus räumlich differenziert entnommenen Proben kalibriert werden können, ist die Entwicklung von 3-D Modellen der Schadstoffbelastung möglich.
Die Erkundung von komplexen Schadensfällen für eine umfassende und abschließende Bewertung der Gefährdung und zur Planung von Sanierungsmaßnahmen ist ohne Einsatz von Direct-Push Technologien heute kaum noch denkbar. Dies gilt insbesondere bei der Anwendung von komplexen Sanierungsstrategien unter Einbeziehung von innovativen in-situ Verfahren oder „Treatment Trains“, welche eine hochauflösende 3-D Charakterisierung der vorhandenen Kontaminationskörper erfordern.
Die wesentlichen Vorteile der Direct-Push Technologie sind:
Kleine Maschinen, die eine maximale Erreichbarkeit der Untersuchungspunkte sicherstellen. Dies ist insbesondere an Industriestandorten von wesentlicher Bedeutung.
Kleinkalibrige Sonden mit Sondierleistungen von Metern / Minute und schnelles Umsetzen zwischen Untersuchungspunkten.
Gewinnung einer großen Anzahl räumlich orientierter Proben (Wasser, Boden, Bodenluft) bei geringem Zeitaufwand.
Kombination von in-situ Messmethoden mit online-Datenerfassung und in-situ Probenahmetechnologien, ggf. in Verbindung mit schneller Vor-Ort Analytik (mobiles GC-MS).
Durch nicht fördernde Sondierverfahren wird der Kontakt mit schadstoffbelastetem Material ausgeschlossen bzw. minimiert, d.h. in der Regel keine aufwändigen Anforderungen an den Arbeitsschutz und geringe Entsorgungskosten.
Es werden folgende Direct-Push Verfahren vorgestellt, die bis in Erkundungstiefen von 40 m und ggf. auch tiefer einsetzbar sind:
Leitfähigkeitssondierungen (EC-Logging)
Durch Messung des elektrischen Widerstandes des Bodens wird ein lithologisches Profil erzeugt, welches als Grundlage für weitere Entscheidungen zur Festlegung der Probenahmestrategie dient.
Hydraulisches Logging
Durch kontinuierliche (Waterloo Profiler oder HPT-Sonde) bzw. schrittweise Aufnahme der hydraulischen Eigenschaften zur Tiefe wird ein hydraulisches Durchlässigkeitsprofil erzeugt, welches zur Festlegung von Probenahmehorizonten und als Grundlage hydraulischer Berechnungen (Modellierungen) dienen kann.
Logging von flüchtigen Schadstoffen (MIP = Membrane Interface Probe)
Diese Technologie umfasst die Aufnahme eines kontinuierlichen Tiefenprofils der Schadstoffbelastung in Boden und Grundwasser. Mit Hilfe der indirekten qualitativen Messdaten können 2-D und 3-D Modelle der Schadstoffbelastung des Untergrundes berechnet werden, auf deren Grundlage z.B. Probenahmestrategien festgelegt, Massenabschätzungen durchgeführt und Sanierungskonzepte erarbeitet werden können.
Tiefenhorizontierte Entnahme von Grundwasserproben
Mit Hilfe verschiedener Sonden (Geoprobe, Waterloo Profiler, BAT) können schnell qualitativ hochwertige Grundwasserproben aus definierten Tiefenhorizonten entnommen werden, ohne dass ein aufwändiger Bau von Grundwassermessstellen erforderlich ist. Dieses Verfahren eignet sich hervorragend für ein schnelles „Screening“ einer Schadstoffbelastung und erlaubt in Kombination mit einer differenzierten chemischen Analytik eine schadstoffspezifische und geochemische Kartierung von Grundwasserkontaminationen.
Tiefenorientierte Entnahme von Boden- und Bodenluftproben
Ohne die Durchführung von durchgehenden Bohrungen können gezielte Probenahmen aus Horizonten erfolgen, in denen Informationen zur Schadstoffbelastung z.B. aufgrund vorlaufender Sondierungen (MIP, EC-Logging oder Waterloo-Profiler) gewünscht sind.
Installation von Grundwassermessstellen
Mit Geoprobe Direct-Push Verfahren lassen sich bei geeigneten Aquiferbedingungen schnell und kostengünstig Grundwassermessstellen bis zu 2 m Durchmesser und bis zu Tiefen von 50 m installieren.
Injektionen
Verschiedene Injektionssonden und Pumpen erlauben die Abdichtung der Sondierkanäle mit Bentonit oder die Injektion von Substraten (hochviskos bis chemisch hochreaktiv) zur Sanierung von Grundwasser- und Bodenkontaminationen.
Ein entscheidender Vorteil der genannten Verfahren gegenüber herkömmlichen Untersuchungsmethoden ist die schnelle Verfügbarkeit räumlich differenzierter Daten, die in der Kombination der Verfahren eine optimale Anpassung der Untersuchungsstrategie an die Standortgegebenheiten noch vor Ort, während der Ausführung der Arbeiten erlaubt. Hierdurch ist neben der zielgerichteten Gewinnung einer umfassenden Datenmenge auch eine Optimierung der Kosten möglich. Ein wesentliches Hilfsinstrument sind hierbei online Auswertungen in Form von 2-D und 3-D Modellen. Einen Eindruck zur Darstellung eines Kontaminationskörpers in einem 3-D Modell vermitteln die beiden nachstehenden Blockbilder:
Leitfähigkeitssondierungen (EC-Logging)
Durch Messung des elektrischen Widerstandes des Bodens wird ein lithologisches Profil erzeugt, welches als Grundlage für weitere Entscheidungen zur Festlegung der Probenahmestrategie dient.
Hydraulisches Logging
Durch kontinuierliche (Waterloo Profiler oder HPT-Sonde) bzw. schrittweise Aufnahme der hydraulischen Eigenschaften zur Tiefe wird ein hydraulisches Durchlässigkeitsprofil erzeugt, welches zur Festlegung von Probenahmehorizonten und als Grundlage hydraulischer Berechnungen (Modellierungen) dienen kann.
Logging von flüchtigen Schadstoffen (MIP = Membrane Interface Probe)
Diese Technologie umfasst die Aufnahme eines kontinuierlichen Tiefenprofils der Schadstoffbelastung in Boden und Grundwasser. Mit Hilfe der indirekten qualitativen Messdaten können 2-D und 3-D Modelle der Schadstoffbelastung des Untergrundes berechnet werden, auf deren Grundlage z.B. Probenahmestrategien festgelegt, Massenabschätzungen durchgeführt und Sanierungskonzepte erarbeitet werden können.
Tiefenhorizontierte Entnahme von Grundwasserproben
Mit Hilfe verschiedener Sonden (Geoprobe, Waterloo Profiler, BAT) können schnell qualitativ hochwertige Grundwasserproben aus definierten Tiefenhorizonten entnommen werden, ohne dass ein aufwändiger Bau von Grundwassermessstellen erforderlich ist. Dieses Verfahren eignet sich hervorragend für ein schnelles „Screening“ einer Schadstoffbelastung und erlaubt in Kombination mit einer differenzierten chemischen Analytik eine schadstoffspezifische und geochemische Kartierung von Grundwasserkontaminationen.
Tiefenorientierte Entnahme von Boden- und Bodenluftproben
Ohne die Durchführung von durchgehenden Bohrungen können gezielte Probenahmen aus Horizonten erfolgen, in denen Informationen zur Schadstoffbelastung z.B. aufgrund vorlaufender Sondierungen (MIP, EC-Logging oder Waterloo-Profiler) gewünscht sind.
Installation von Grundwassermessstellen
Mit Geoprobe Direct-Push Verfahren lassen sich bei geeigneten Aquiferbedingungen schnell und kostengünstig Grundwassermessstellen bis zu 2 m Durchmesser und bis zu Tiefen von 50 m installieren.
Injektionen
Verschiedene Injektionssonden und Pumpen erlauben die Abdichtung der Sondierkanäle mit Bentonit oder die Injektion von Substraten (hochviskos bis chemisch hochreaktiv) zur Sanierung von Grundwasser- und Bodenkontaminationen.
Ein entscheidender Vorteil der genannten Verfahren gegenüber herkömmlichen Untersuchungsmethoden ist die schnelle Verfügbarkeit räumlich differenzierter Daten, die in der Kombination der Verfahren eine optimale Anpassung der Untersuchungsstrategie an die Standortgegebenheiten noch vor Ort, während der Ausführung der Arbeiten erlaubt. Hierdurch ist neben der zielgerichteten Gewinnung einer umfassenden Datenmenge auch eine Optimierung der Kosten möglich. Ein wesentliches Hilfsinstrument sind hierbei online Auswertungen in Form von 2-D und 3-D Modellen. Einen Eindruck zur Darstellung eines Kontaminationskörpers in einem 3-D Modell vermitteln die beiden nachstehenden Blockbilder: