Availability, dynamics and chemistry of groundwater in the bucklige welt region of lower Austria

Abstract

The Bucklige Welt region in the south-eastern part of Lower Austria experiences occasional shortages in the local water supply during dry periods. Until now a detailed investigation of existing aquifers and their hydrological or hydrochemical characteristics in this region has been lacking. Therefore, a study was carried out to characterise the availability, dynamics and chemistry of shallow groundwater. Collected data include (a) in-situ measurements of discharge (Q) and the physico-chemical parameters water temperature (WT), electrical conductivity (EC) and pH at 747 springs, (b) river discharge measured within a period of dry weather conditions at 59 sites, (c) in-situ measurements of Q, WT, EC and pH and chemical analyses of major ion concentrations of 135 groundwater samples taken within a period of dry weather conditions, (d) in-situ measurements of Q, WT, EC and pH, chemical analyses 18 of major ion and trace element concentrations and 18O isotope analyses of 529 water samples collected monthly at 43 springs and three wells over twelve months and (e) in-situ measurements of Q, WT and EC at two springs recorded at 15 minute intervals over a period of six months. The study area is predominantly composed of mica schist, Augen gneiss and paragneiss, which provide low groundwater yields 2 2 (1.5 to 6.2 L/s/km2). Locally, areas of calc-mica schists and quartzites yield more groundwater (26 and 31.8 L/s/km2, respectively). The most productive aquifers constitute Quaternary valley sediments, which currently cover the water demand of larger settlements. Apart from the sediment aquifers, groundwater occurrences represent shallow fracture aquifers with small recharge areas and highly variable discharge over time. Base flow can increase by a factor of 6 after the snow melt and by a factor of up to 10 in months of high precipitation. Mean groundwater residence times range from 14 to 21 months. Mineralisation is generally low (the sum of dissolved solids lies between 68 and 351 mg/L), only the occurrences of marble or calc-mica schists in catchment areas result in higher concentrations (395 to 539 mg/L). Austrian national guideline values for drinking water are occasionally exceeded + - - 2+ 2+ + - - with respect to Na+, Cl-, NO3-, Fe2+, Mn, Al and Ni. Among these parameters, elevated concentrations of Na+, Cl-, NO3- and Ni are 3 2+ 2+ considered to be of anthropogenic origin, and Fe, Mn and Al of geogenic origin. Our results demonstrate the lack of new potential groundwater resources in the study area. Furthermore, the existing groundwater resources, while of good quality, are shown to exhibit a strong dependency on weather conditions. Based on these findings, local water authorities are currently planning to secure a sustainable supply of drinking water by tapping into aquifers outside the study area. In der Buckligen Welt im südöstlichen Niederösterreich kommt es während längerer Trockenperioden zu Versorgungsengpässen bei der lokalen Trinkwasserversorgung. Bisher liegen für das Gebiet flächendeckend keine detaillierten Studien über die Grundwasservorkommen und deren hydrologische oder hydrochemische Eigenschaften vor. Die vorliegende Studie wurde durchgeführt, um das Dargebot, die Dynamik und die Chemie der oberflächennahen Grundwässer zu beschreiben. Die zugrundeliegenden Daten beinhalteten (a) In-situ-Messungen der Quellschüttung (Q) und der physiko-chemischen Parameter Wassertemperatur (WT), elektrische Leitfähigkeit (EC) und pH an 747 Quellen, (b) Abflussmessungen an 59 Oberflächengerinnen während einer Trockenperiode, (c) In-situ-Messungen von Q, WT, EC und pH sowie Bestimmung der Hauptionengehalte von 135 Grundwasserproben, die während einer Trockenperiode gezogen wurden, (d) In-situ-Messungen von Q, WT, EC und pH sowie Bestimmung der Hauptionen- 18 gehalte, Spurenelementgehalte und O-Gehalte von 529 Grundwasserproben, die über elf Monate an 43 Quellen und 3 Brunnen monatlich gezogen wurden und (e) In-situ-Messungen von Q, WT und EC an zwei Quellen in 15-minütigen Intervallen während eines Zeitraumes von sechs Monaten. Das Gebiet ist hauptsächlich aus Glimmerschiefern, Augengneisen und Paragneisen aufgebaut, deren Grundwasserdargebot ge- 2 ringe Abflussspenden aufweist (1,5 bis 6,2 L/s/km). Lokale Vorkommen von Kalkglimmerschiefern und Quarziten ergeben höhere 2 Abflussspenden von jeweils 26 und 31,8 L/s/km. Die ergiebigsten Grundwasservorkommen treten in quartären Talfüllungen auf, die derzeit auch die Trinkwasserversorgung von größeren Ortschaften gewährleisten. Abgesehen von Grundwässern in Lockersedimenten handelt es sich bei den Aquiferen um seichte Kluftgrundwasserkörper mit kleinen Einzugsgebieten und zeitlich stark variierender Wasserführung. Der Basisabfluss von Quellen kann während der Schneeschmelze um das sechsfache, in regenreichen Perioden um das zehnfache ansteigen. Mittlere Verweilzeiten der Grundwässer betragen zwischen 14 und 21 Monaten. Die Gesamtmineralisation ist generell niedrig (Summe der gelösten Stoffe zwischen 68 und 351 mg/L), in Einzugsgebieten mit Vorkommen von Marmor oder Kalkglimmerschiefern werden höhere Werte erreicht (395 - 539 mg/L). Gemäß der österreichischen Trink wasserverordnung werden die Grenzwerte für Trinkwasser gelegentlich bei Na+, Cl-, NO3-, Fe2, Mn2+, Al und Ni überschritten. Dabei erscheinen erhöhte Gehalte an Na+, Cl-, NO3- und Ni anthropogen, erhöhte Gehalte an Fe, Mn und Al geogen bedingt. 3 Die Studie bestätigt, dass im Untersuchungsgebiet kein Potenzial für zusätzliche Grundwasserressourcen besteht. Zusätzlich wird aufgezeigt, dass die existierenden Grundwasservorkommen zwar von guter Qualität aber stark witterungsabhängig sind. Als Folge der vorliegenden Arbeit haben die lokalen Wasserversorger beschlossen, für die nachhaltige Versorgung mit Trinkwasser auf Grundwasservorkommen außerhalb des Untersuchungsgebietes zurückzugreifen.