Frühwarn - Überwachungssysteme für verbesserten Trinkwasserschutz

Strömungs- und Transportprozesse im Grundwasser sind nur schwierig vorherzusagen, da es sich um ein mehr oder weniger stark heterogenes poröses Medium handelt. In Einzugsgebieten von Trinkwasserbrunnen gestaltet sich vorhersage von Kontaminationen im Grundwasser noch schwieriger, da man nicht weiß, wann und wo ein Schadstoff in das Grundwasser infiltrieren könnte. Trotzdem muss eine sichere Trinkwasserversorgung garantiert werden können. Das kann erreicht werden, indem sogenannte Frühwarnsysteme installiert werden. Das bedeutet, Messstellennetzte werden speziell so gesetzt, dass nach der Detektion einer Kontamination des Grundwassers genug Zeit bleibt, um Gegenmaßnahmen zu ergreifen. 

Das Ziel dieses Projektes ist es ein Konzept zu entwickeln und umzusetzen, um Frühwarnsysteme innerhalb eines Trinkwassereinzugsgebietes zu bewerten, zu entwerfen und zu optimieren. Die Optimierung dieser Frühwarnsysteme muss dabei Kompromisse zwischen den folgenden drei konkurrierenden Zielwertfunktionen finden: (1) eine hohe Detektionswahrscheinlichkeit, die erreicht werden kann durch ein großes „Sichtbarkeitsgebiet“ des Messstellennetzes, oder durch Messstellen nahe des/der Trinkwasserbrunnen, (2) eine lange Frühwarnzeit um genug Zeit nach der Erstdetektion zu haben Gegenmaßnahmen zu ergreifen, (3) geringe Installations- und Betriebskosten des Messstellenetzes. Die Frühwarnzeit beschreibt dabei die Fließzeit der Kontamination zum Trinkwasserbrunnen nach der Schadstoff vom Messstellennetz detektiert worden ist. Die Detektionswahrscheinlichkeit kann nur dann richtig bewertet werden, wenn Verdünnung, Ausbreitung, und die groß-skalige Unsicherheit des Masseschwerpunktes der Kontamination in der involvierten Transportsimulation nicht vermischt werden. 

Mit dieser Methode kann das Sicherheitslevel von existierenden Messstellennetzen bewertet werden und in Relation zu seinen Kosten gesetzt werden. Außerdem kann es Punktweise verbessert werden durch Hinzufügen einzelner weiterer Messstellen. Es können aber auch komplett neue Messstellennetze entworfen werden unter Berücksichtigung der drei Zielwertfunktionen innerhalb einer multi-kriteriellen Optimierung. 

Diese Methode basiert auf einer numerischen Simulation von Strömungs- und Transportprozessen in heterogenem porösen Medien, erweitert durch geostatistische Ansätze und Monte-Carlo, abgerundet durch informationstheoretische Analysen und formaler multi-kriterieller Optimierung.