117
C. Drebenstedt, M. Kuyumcu (Hrsg.), Braunkohlesanierung, DOI 10.1007/978-3-642-16353-1_5, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2014 5 Wasserwirtschaftliche Sanierung Friedrich-Carl Benthaus, Gert Gockel, Wilfried Uhlmann, Walter Geller, Holger Mansel, Claus Nitsche und Uwe Grünewald F.-C. Benthaus () Lausitzer und Mitteldeutsche, Bergbau-Verwaltungs- gesellschaft mbH, Knappenstraße 1, 01968 Senftenberg, Deutschland E-Mail: [email protected] G. Gockel Spremberger Str. 47c, 03116 Drebkau, Deutschland W. Uhlmann IWB, Institut für Wasser und Boden, Lungkwitzer Str. 12, 01259 Dresden, Deutschland W. Geller Leiter Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ Halle, Wackerstr. 20, 79108 Freiburg, Deutschland H. Mansel Ingenieurbüro für Grundwasser GmbH Leipzig, Nonnen- str. 9, 04229 Leipzig, Deutschland C. Nitsche Boden- und Grundwasserlabor GmbH, Tiergartenstr. 48, 01219 Dresden, Deutschland U. Grünewald Lehrstuhl Hydrologie und Wasserressourcenbewirt- schaftung, BTU Cottbus, Konrad Wachsmann – Allee 6, 03046 Cottbus, Deutschland Inhalt 5.1 Grundlagen der Wiederherstellung des Wasserhaushaltes in der Bergbaufolge- landschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 5.1.1 Strategie der Sanierung des Wasserhaushaltes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 5.1.2 Wasserzuführung zur Flutung der Bergbaufolgeseen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 5.1.3 Nutzung der Bergbaufolgeseen als wasserwirtschaftliche Speicher . . . . . . . . . 271 5.1.4 Erarbeiten der Flutungskonzepte . . . . . . . . 272 5.1.5 Beschaffenheit in den Bergbaufolgeseen . . . 274 5.2 Regionale Hydrogeologie der Reviere . . . 274 5.2.1 Revier Niederlausitz . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 5.2.2 Revier Oberlausitz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 5.2.3 Revier Südraum Leipzig . . . . . . . . . . . . . . 279 5.2.4 Revier Nordraum Leipzig . . . . . . . . . . . . . 281 5.2.5 Geiseltal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 5.2.6 Revier Nachterstedt/Schadeleben- Königsaue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 5.2.7 Revier Wulfersdorf/Helmstedt. . . . . . . . . . 287 5.3 Hydrogeochemische Genese von Bergbaufolgeseen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 5.3.1 Hydrochemische Prozesse in Kippen . . . . 290 5.3.2 Eintragspfade in sauren Bergbaufolgeseen . . . 291 5.3.3 Pufferung in sauren Bergbaufolgeseen . . . 294 5.3.4 Entwicklung der Wasserbeschaffenheit bei Fremdflutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 5.4 Limnologie der Bergbaufolgeseen. . . . . . 298 5.4.1 Hydromorphologische Randbedingungen . . . 298 5.4.2 Hydrogeologische Randbedingungen . . . . 299 5.4.3 Limnologische Randbedingungen . . . . . . . 301 5.5 Vorbereitung und Planung wasserwirtschaftlicher Sanierung . . . . . 302 5.5.1 Vorbereitende Konzepte zur Flutung . . . . 303 5.5.2 Konzepte zur Wasserbeschaffenheit und Nachsorge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 5.6 Hydrogeologische Modellierung . . . . . . . 308 5.6.1 Hydrogeologische Prognose am Beispiel des Speichers Bärwalde in Ostsachsen . . . 310 5.6.2 Hydrogeologische Prognose für die Grundwasserentwicklung südlich von Leipzig . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 5.6.3 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 5.7 Hydrochemische Modellierung . . . . . . . . 320 5.7.1 Anwendung der hydrochemischen Modellierung in der Bergbausanierung . . . 320 5.7.2 Grundlagen der hydrochemischen Modellierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320 265

Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

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Page 1: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

C. Drebenstedt, M. Kuyumcu (Hrsg.), Braunkohlesanierung, DOI 10.1007/978-3-642-16353-1_5, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2014

5Wasserwirtschaftliche Sanierung

Friedrich-Carl Benthaus, Gert Gockel, Wilfried Uhlmann, Walter Geller, Holger Mansel, Claus Nitsche und Uwe Grünewald

F.-C. Benthaus ()Lausitzer und Mitteldeutsche, Bergbau-Verwaltungs-gesellschaft mbH, Knappenstraße 1, 01968 Senftenberg, DeutschlandE-Mail: [email protected]

G. GockelSpremberger Str. 47c, 03116 Drebkau, Deutschland

W. UhlmannIWB, Institut für Wasser und Boden, Lungkwitzer Str. 12, 01259 Dresden, Deutschland

W. GellerLeiter Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ Halle, Wackerstr. 20, 79108 Freiburg, Deutschland

H. ManselIngenieurbüro für Grundwasser GmbH Leipzig, Nonnen-str. 9, 04229 Leipzig, Deutschland

C. NitscheBoden- und Grundwasserlabor GmbH, Tiergartenstr. 48, 01219 Dresden, Deutschland

U. GrünewaldLehrstuhl Hydrologie und Wasserressourcenbewirt-schaftung, BTU Cottbus, Konrad Wachsmann – Allee 6, 03046 Cottbus, Deutschland

Inhalt5.1 Grundlagen der Wiederherstellung des

Wasserhaushaltes in der Bergbaufolge- landschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

5.1.1 Strategie der Sanierung des Wasserhaushaltes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

5.1.2 Wasserzuführung zur Flutung der Bergbaufolgeseen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269

5.1.3 Nutzung der Bergbaufolgeseen als wasserwirtschaftliche Speicher . . . . . . . . . 271

5.1.4 Erarbeiten der Flutungskonzepte . . . . . . . . 2725.1.5 Beschaffenheit in den Bergbaufolgeseen . . . 274

5.2 Regionale Hydrogeologie der Reviere . . . 2745.2.1 Revier Niederlausitz . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2755.2.2 Revier Oberlausitz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2795.2.3 Revier Südraum Leipzig . . . . . . . . . . . . . . 2795.2.4 Revier Nordraum Leipzig . . . . . . . . . . . . . 2815.2.5 Geiseltal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2845.2.6 Revier Nachterstedt/Schadeleben-

Königsaue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2865.2.7 Revier Wulfersdorf/Helmstedt . . . . . . . . . . 287

5.3 Hydrogeochemische Genese von Bergbaufolgeseen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

5.3.1 Hydrochemische Prozesse in Kippen . . . . 2905.3.2 Eintragspfade in sauren Bergbaufolgeseen . . . 2915.3.3 Pufferung in sauren Bergbaufolgeseen . . . 2945.3.4 Entwicklung der Wasserbeschaffenheit

bei Fremdflutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296

5.4 Limnologie der Bergbaufolgeseen . . . . . . 2985.4.1 Hydromorphologische Randbedingungen . . . 2985.4.2 Hydrogeologische Randbedingungen . . . . 2995.4.3 Limnologische Randbedingungen . . . . . . . 301

5.5 Vorbereitung und Planung wasserwirtschaftlicher Sanierung . . . . . 302

5.5.1 Vorbereitende Konzepte zur Flutung . . . . 3035.5.2 Konzepte zur Wasserbeschaffenheit

und Nachsorge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305

5.6 Hydrogeologische Modellierung . . . . . . . 3085.6.1 Hydrogeologische Prognose am Beispiel

des Speichers Bärwalde in Ostsachsen . . . 3105.6.2 Hydrogeologische Prognose für die

Grundwasserentwicklung südlich von Leipzig . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316

5.6.3 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319

5.7 Hydrochemische Modellierung . . . . . . . . 3205.7.1 Anwendung der hydrochemischen

Modellierung in der Bergbausanierung . . . 3205.7.2 Grundlagen der hydrochemischen

Modellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320

265

Page 2: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

266

Der Braunkohlenbergbau in Mitteldeutsch-land und in der Lausitz hat in den vergangenen 150 Jahren nachhaltig in den Wasserhaushalt eingegriffen. Die Gewinnung der Braunkohle erforderte eine Entwässerung vieler Gebirgs-schichten, die bis in einer Tiefe von 80 m eine Fläche von ca. 2.100 km2 in der Lausitz und ca. 1.300 km3 in Mitteldeutschland überstrichen. Das bis 1990 entstandene Grundwasserdefizit be-trug 13 Mrd. m3 in der Lausitz und 7 Mrd. m3 in Mitteldeutschland.

Die Sanierung des Wasserhaushaltes der Mit-teldeutschen und Lausitzer Bergbaugebiete ist ausgerichtet auf die Wiederherstellung eines sich weitgehend selbst regulierenden Wasser-haushal-tes (s. Abschn. 5.1). Die entstehenden Bergbau-folgeseen mit einer Fläche von 25.000 ha sind in den regionalen Wasserhaushalt einzubinden. Die Hydrogeologie der betrachteten Regionen (s. Abschn. 5.2), die hydrochemische Genese der Bergbaufolgeseen (s. Abschn. 5.3) und ihr lim-nologischen Besonderheiten (s. Abschn. 5.4) sind in der Planung und Vorbereitung der wasserwirt-schaftlichen Sanierung zu berücksichtigen. Die wasserwirtschaftlichen Anlagen zur Anbindung der Bergbaufolgeseen sind auf die sich nachberg-baulich einstellenden Verhältnisse auszurichten. Dazu hat die LMBV als Projektträger folgende Maßnahmen eingeleitet:• Schnelle Flutung der Bergbaufolgeseen• Wiederauffüllung der Grundwasserleiter• Wiederherstellung der Oberflächengewässer

im Umfeld• Verbesserung der Seewasserbeschaffenheit.Die Planung und Vorbereitung der wasser-wirtschaftlichen Sanierung (s. Abschn. 5.5) baut auf hydrogeologischen Wasserbilanzen (s. Abschn. 5.6) und hydrochemischen Modellen (s. Abschn. 5.7) auf. Die schnelle Flutung der Bergbaufolgeseen erfordert zusätzliches Wasser aus den nahe gelegenen Vorflutern bzw. Sümp-fungswasser des Gewinnungsbergbaus. Die Kip-pen waren lange Zeit der Pyritoxidation ausge-setzt. Das den Seen zuströmende Kippengrund-wasser ist durch niedrige pH-Werte und hohe Eisen- und Sulfatkonzentrationen gekennzeich-

5.7.3 Entwicklung von Teilmodellen . . . . . . . . 3235.7.4 Hydrochemischen Modellierung am

Zwenkauer See . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3255.7.5 Resümee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331

5.8 Hydraulische Maßnahmen zur Füllung der Bergbaufolgeseen . . . . . . . . . . . . . . . 331

5.8.1 Flutungssteuerung und Bewirtschaftung 3325.8.2 Wasserüberleitung aus der Lausitzer Neiße

ins Spree/Schwarze-Elster-Gebiet . . . . . . 3405.8.3 Hochwasserentlastung der Weißen Elster

in den Tagebausee Zwenkau . . . . . . . . . . 345

5.9 Chemische Maßnahmen . . . . . . . . . . . . . 3475.9.1 Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3475.9.2 Chemische Neutralisation . . . . . . . . . . . . . 3515.9.3 Dosierchemikalien und Reaktivität . . . . . 3525.9.4 Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3545.9.5 Resümee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357

5.10 Biologische Maßnahmen . . . . . . . . . . . . 3585.10.1 Grundlagen der biogene Alkalinisierung . . . 3585.10.2 Passive und aktive Behandlungsverfahren . . . 3595.10.3 Behandlung von Kippengrundwasser-

körpern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3595.10.4 In-Situ-Behandlung von

Seewasserkörpern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3605.10.5 Ex-Situ-Behandlung saurer Abflüsse in

Vorflutsystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3625.10.6 Abschätzung von Alkalinisierungspo-

tenzialen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363

5.11 Renaturierung von Fließgewässern . . . 3635.11.1 Grundsätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3635.11.2 Maßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3645.11.3 Planung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3655.11.4 Beispiel Renaturierung des Fließgewässers

Schrake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366

5.12 Montanhydrologisches Monitoring . . . 3675.12.1 Zielstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3675.12.2 Grundsätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3675.12.3 Geltungsbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3685.12.4 Umfang des montanhydrologischen

Monitorings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3685.12.5 Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3695.12.6 Verallgemeinerungsfähige Ergebnisse . . . 372

5.13 Wasserwirtschaftliche Nachsorge an Bergbaufolgeseen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372

5.13.1 Definitionen und Ziele . . . . . . . . . . . . . . . 3725.13.2 Maßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3735.13.3 Planungsgrundsätze . . . . . . . . . . . . . . . . . 3745.13.4 Beispiel Bärwalder See . . . . . . . . . . . . . . . 375

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376

F.-C. Benthaus et al.

Page 3: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

267

net. Durch entsprechende chemische und biolo-gische Sanierungsmaßnahmen (z. B. Neutralisa-tion) werden behördliche Vorgaben zur Wasser-beschaffenheit gewährleistet (s. Abschn. 5. 9 und 5.10). Die Renaturierung der bergbaulich beein-flussten Fließgewässer im Umfeld der Tagebaue dienen der Herstellung eines ausgeglichenen Wasserhaushaltes (s. Abschn. 5.11). Durch das eigens für die wasserwirtschaftliche Sanierung geschaffenen „montanhydrologische Monito-ring“ kann der Erfolg der Sanierung nachgewie-sen werden (s. Abschn. 5.12). Bei Abweichungen von den Zielen können so frühzeitig Gegenmaß-nahmen getroffen werden. Im Anschluss an die Flutung beginnt die wasserwirtschaftlich Nach-sorge, welche die Sicherung der Wasserspiegel-höhe und der Wasserbeschaffenheit beinhaltet. Maßnahmen zur Unterhaltung und Pflege der Ufer und der wasserwirtschaftlichen Anlagen sowie zur Wasserbeschaffenheit werden als berg-baubedingte Nachsorge über mehrere Jahre ge-führt werden (s. Abschn. 5.13).

5.1 Grundlagen der Wiederherstel-lung des Wasserhaushaltes in der Bergbaufolgelandschaft

Der Braunkohlenbergbau in Mitteldeutschland und in der Lausitz hat nachhaltig in den Wasser-haushalt eingegriffen. Die Entwässerung in den Bergbaugebieten Mitteldeutschlands und der Lausitz erforderte eine Wasserhebung bis zu ca. 1.800 Mio. m3/a. Im Laufe der Jahrzehnte hat die Fläche der regionalen Grundwasserabsen-kung eine Größe von 2100 km2 in der Lausitz und 1.300 km3 in Mitteldeutschland erzeugt. Das bis 1990 entstandene Grundwasserdefizit betrug

13 Mrd. m3 in der Lausitz und 7 Mrd. m3 in Mit-teldeutschland (Tab. 5.1). Die flächenhafte Aus-bildung des Absenkungstrichters durch die Ta-gebauentwässerung wurde in der Lausitz in der Hydrogeologische Komplexstudie (LAUBAG 1993) für das Referenzjahr 1990 dokumentiert. Diese betriebsbedingte Grundwasserabsenkung wird hier als Differenzen im Haupthangend-grundwasserleiter gegenüber dem vorbergbau-lichen Zustand aufgezeigt. Die Grenze einer Absenkung von mehr als 2 m gegenüber dem vorbergbaulichen Zustand wird im Grundwasser-riss als (Lausitzer Löwe) jährlich fortgeschrieben (Abb. 5.1).

Die Entwässerung hat sich innerhalb des großräumigen Absenkungstrichters entsprechend der Tagebauentwicklung in den letzten 100 Jah-ren ständig verlagert. Einige Tagebaurestlöcher sind heute bis zum Endwasserstand gefüllt, wie z. B. der Knappensee und der Senftenberger See. Andere Tagbaurestlöcher sind teilgefüllt, wie z. B. Sedlitz, Bluno, Haselbach oder Kayna und viele Restlochbereiche sind aufgrund der großen Grundwasserabsenkung oder ihrer Funktion als Band- oder Bahntrassen weitgehend trocken ge-blieben. Der Abschlag des geförderten Grund-wassers erfolgte nach einer Reinigung in Gru-benwasserreinigungsanlagen in Vorfluter wie Lausitzer Neiße, Spree, Schöps und Schwarze Elster und im Mitteldeutschen Revier in Vorfluter wie Saale, Weiße Elster, Pleiße und Mulde.

Durch den Bergbau wurden die vorhandenen Vorflutsysteme teilweise verändert. Teils wurden die Vorflutsysteme durch die Tagebaue durch-schnitten, teils wurden sie verlegt oder auf eine veränderte Wasserführung ausgebaut. Die ge-samte natürliche Gewässerstruktur in den Berg-bauregionen war damit nachhaltig gestört.

Tab. 5.1 Daten zur Grundwasserabsenkung im Mitteldeutschen und im Lausitzer RevierParameter Mitteldeutschland LausitzFläche des Absenkungstrichters (km2)

Davon aktiver Bergbau (km2)Davon Sanierungsbergbau (km2)

1.300500800

2.100800

1.300Grundwasserdefizit (Mrd. m3)

Davon aktiver Bergbau (Mrd. m3)Davon Sanierungsbergbau (Mrd. m3)

7,01,35,7

1367

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 4: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

268

Mit der Anpassung der Kohlenförderung an den geänderten Bedarf ab 1990 kam es zur Still-legung zahlreicher Tagebaue. Auch nach der Stilllegung der Tagebaue musste in vielen Fällen die Tagebauentwässerung noch über Jahre auf-rechterhalten werden. Nur so konnte die geotech-nische Sicherheit gewährleistet und der Eigen-aufstieg des Grundwassers verhindert werden. In den dem Sanierungsbergbau zugewiesenen Bereichen galt es, nach dem Auslauf der Braun-kohlenförderung die geotechnische Sicherheit auch für eine Nachnutzung der vom Bergbau be-anspruchten Flächen herzustellen. Dieses ist die Voraussetzungen für die Nachnutzung der entste-henden Bergbaufolgelandschaft.

Innerhalb des Lausitzer und des Mitteldeut-schen Reviers hatte die LMBV die Projektträ-gerschaft für insgesamt 224 Tagebaurestlöcher unterschiedlicher Größe übernommen. In der Tab. 5.2 wird die Größe einiger ausgewählter Bergbaufolgeseen angegeben. Sie verdeutlicht die Dimension der anstehenden Sanierungsauf-gabe.

5.1.1 Strategie der Sanierung des Wasserhaushaltes

Die Umweltministerkonferenz der Länder hat 1994 das „Rahmenkonzept zur Wiederherstel-lung eines ausgeglichenen, sich weitgehend selbstregulierenden Wasserhaushaltes in den vom Braunkohlenbergbau beeinträchtigten Flusseinzugsgebieten“ (UMK 1994) verabschie-det. Darin sind die Grundzüge der Sanierung des Wasserhaushalt der Mitteldeutschen und Lausit-

Tab. 5.2 Daten ausgewählter Bergbaufolgeseen im Mit-teldeutschen und im Lausitzer RevierBergbaufolgesee Wasserfläche

(ha)Volumen (Mio. m3)

Sedlitzer See 1.330 210Bärwalder See 1.300 170Greifenhainer See 1.020 330Bergheider See 320 36Geiseltal See 1.840 430Goitsche See 1.330 210Zwenkauer See 970 170Markkleeberger See 250 60

Abb. 5.1 Grundwasserabsenkungstrichter in der Lausitz im Jahr 1990

F.-C. Benthaus et al.

Page 5: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

269

zer Bergbaugebiete auf das Ziel gerichtet ausge-richtet worden zur:

Wiederherstellung eines sich weitgehend selbst regulierenden Wasserhaushaltes.

Die Wiederherstellung eines sich weitgehend selbst regulierenden Wasserhaushaltes in einem überschaubaren Zeitraum erfordert die rasche Füllung der von Bergbau erzeugten Hohlformen mit extern zugeführtem Wasser aus dem öffentli-chen Gewässernetz bzw. aus dem Sümpfungswas-seraufkommen des aktiven Bergbaus. Die dadurch erzeugte Anhebung des Wasserspiegels im entste-henden Bergbaufolgesee reduziert die sulfat- und eisenhaltigen Zuflüsse aus dem Umfeld, vorwie-gend aus den Kippen. Sie sorgt auch für einen An-stieg des Grundwasserstandes im Umfeld. Es ist deshalb aus Wasserbeschaffenheitssicht anzustre-ben, bereits bei einem geringen Füllungsgrad mit der Zuführung von Fremdwasser beginnen.

Dafür hat die LMBV als Projektträger fol-gende Teilaufgaben in ihren Wechselwirkungen untereinander zu lösen:• Reduzierung der Grundwasserentnahmemen-

gen für die Sanierung• Füllung der bergbaulichen Hohlformen• Wiederauffüllung der Grundwasserabsenk-

trichter• Wiederherstellung der Gewässersysteme im

bergbaulich beanspruchten Bereich• Erreichen einer nutzungsorientierten Seewas-

serbeschaffenheit• Gewährleistung der Ausleitkriterien aus den

Bergbaufolgeseen nach Menge und Beschaf-fenheit.

Ziel ist es, die wasserhaushaltliche Sanierung auf die Herstellung der behördlich vorgegebenen Nutzungsziele auszurichten und die entstehenden Gewässer in die Bergbaufolgelandschaft und in den regionalen Wasserhaushalt einzubinden.

Das Bergrecht fordert von den Bergbautrei-benden die Wiedernutzbarmachung der vom Bergbau beanspruchten Flächen unter Berück-sichtigung des öffentlichen Interesses. Es muss nach Abschluss der Sanierungsarbeiten eine ge-fahrlose Nutzung durch die Öffentlichkeit ge-währleistet werden können. Außerdem sind die geotechnischen und wasserwirtschaftlichen Vo-raussetzungen für die Umsetzung der geplanten

Nutzungsziele zu schaffen. Die Planung der er-forderlichen technischen Anlagen zur Anbindung der Bergbaufolgeseen an das öffentliche Ge-wässernetz und deren Realisierung sind auf die sich nachbergbaulich einstellenden Verhältnisse auszurichten. Gleiches gilt für die Wiederher-stellung der durch bergbauliche Tätigkeit beein-flussten Vorflut sowie die Gestaltung der Vorflut auf den vom Bergbau in Anspruch genommenen Flächen. Wasserstand und Wasserbeschaffenheit in den Bergbaufolgeseen und in deren Umfeld erfordern technische Lösungen für Wasserbau-werke, zur Vorflutgestaltung und Maßnahmen der Beeinflussung der Wasserbeschaffenheit, auf die in den folgenden Punkten eingegangen wird.

5.1.2 Wasserzuführung zur Flutung der Bergbaufolgeseen

Entscheidend für eine direkte Anbindung der Bergbaufolgeseen an das öffentliche Gewässer-netz sind kurze Zuführungen und ein ausreichen-de Gefälle vom speisenden Gewässer. Diese Form ist geeignet für die Entnahme stark wechselnder Wassermengen und wird deshalb zum „Abschöp-fen“ von Hochwasserwellen aus den Vorflutern eingesetzt. Die Einhaltung von Mindestabfluss-mengen im Vorfluter wird in der Regel durch ein Streichwehr gewährleistet. Abbildung 5.2 zeigt eine Anlage für eine direkte Anbindung an der Schwarzen Elster. Sie ist auf eine Entnahmemen-ge von 5 m3/s ausgelegt.

Abb. 5.2 Entnahmebauwerk für den Bluno See (Lausitz) an der Schwarzen Elster

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 6: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

270

Ist aus Gründen der Höhenverhältnisse eine Anbindung des entstehenden Bergbaufolgesees im freien Gefälle nicht möglich, so muss die Zu-führung von Wasser aus dem öffentlichen Ge-wässernetz für die Flutung über zum Teil längere Rohrleitungen und im Pumpbetrieb erfolgen. Das bedeutet, die Auslegung der Anlagen ist auf eine möglichst dauerhaft zur Verfügung stehende Ent-nahmemenge auszurichten. Eine dadurch mögli-che Nutzung mit hoher zeitlicher Auslastung ge-währleistet einen wirtschaftlichen Betrieb.

Flutungswasser für die Bergbaufolgeseen im Südraum von Leipzig wird durch eine unterir-disch verlegte Flutungsleitung ermöglicht. Diese Flutungsleitung wird gespeist aus dem Gruben-wasseraufkommen der Tagebaue Profen und Schleenhain jeweils am Ende der Rohrleitung.

Die Wasserbeschaffenheit an den beiden Ein-speisestellen ist entsprechend der anstehenden geologischen Bedingungen unterschiedlich. Die zur Verfügung stehende Wassermenge ist zeitlich weitgehend gleichbleibend. Die einzelnen Berg-baufolgeseen sind direkt durch Stichleitungen

mit der Flutungsleitung gekoppelt, somit wird ein nach geotechnischem Erfordernis gestalte-tes Flutungsregime ermöglicht. Abbildung 5.3 zeigt die ca. 62 km lange Leitung zur Flutung der Bergbaufolgeseen des Südraumes von Leipzig.

Die nur geringe Wasserführung der Vorfluter in der Lausitz gestattet die Entnahme geringer Wassermengen für die Flutung. Besonders in den Sommermonaten ist die ausreichende Versor-gung der Kraftwerke, der Trinkwasserwerke, des Biosphärenreservats Spreewald sowie der Groß-raumes Berlin sicher zu stellen. Deshalb wurde nach Wegen gesucht, in Zeiten ausreichender Wasserführung benachbarter Vorfluter zusätzli-che Wassermengen für die Flutung zu erschlie-ßen. Die Entnahme an oberliegender Stelle zur Überleitung in ein benachbartes Einzugsgebiet bot sich an. Die Rückführung an unterliegender Stelle sichert einen Bilanzausgleich zwischen den Vorflutsystemen und verhindert nachteilige Wirkungen auf Naturausstattung und Gebiets-wasserhaushalt. Zur Überwindung der Einzugs-gebietsgrenzen ist ein abschnittsweiser Trans-

Abb. 5.3 Flutungskonzept für den Südraum von Leipzig

F.-C. Benthaus et al.

Page 7: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

271

port des übergeleiteten Wassers in Rohrleitungen unverzichtbar. Innerhalb des Einzugsgebietes erfolgt der Wassertransport über bereits vorhan-dene, auszubauende bzw. neu zu schaffende Gra-bensysteme.

Als Beispiel sei die Wasserüberleitung aus der Lausitzer Neiße zur Füllung der Bergbaufolg-eseen im Einzugsgebiet der Schwarzen Elster ge-nannt (LMBV 2000c). Die Wasserentnahme darf erst oberhalb einer zwischen der Bundesrepublik Deutschland und der Republik Polen vereinbar-ten Durchflussmenge erfolgen. Eine ca. 11 km lange Rohrleitung übernimmt den Transport über die Einzugsgebietsgrenze hinweg. Ein vorhande-nes Gewässersystem übernimmt den ca. 39 km langen Transport zu einer weiteren Pumpstation, von der aus die Überleitung zu den Bergbauseen in Einzugsgebiet der Schwarzen Elster erfolgt. Insgesamt legt das aus der Lausitzer Neiße stam-mende Wasser einen Weg von ca. 70 km bis zur Einspeisung in die Bergbaufolgeseen zurück. Abbildung 5.4 zeigt das Konzept der Wasser-überleitung aus der Lausitzer Neiße über zwei Einzugsgebietsgrenzen hinweg.

Der Bilanzausgleich für die Wasserentnahme wird durch Zuleitungen aus dem Aufkommen des aktiven Bergbaus direkt zur Lausitzer Neiße vor-genommen.

5.1.3 Nutzung der Bergbaufolge-seen als wasserwirtschaftliche Speicher

Bei Anbindung der entstehenden Bergbaufolg-eseen an das öffentliche Gewässernetz im freien Gefälle bieten sich die mehrere 1.000 ha um-fassenden Wasserflächen für eine Nutzung als Wasserspeicher an. Mit den landesplanerischen Vorgaben für die Folgenutzung werden bereits bei einer Folgenutzung als wasserwirtschaftli-cher Speicher die Prämissen für die Böschungs-gestaltung und die technischen Parameter für die Wasserbauwerke gesetzt. Je nach Lage des jewei-ligen Bergbaufolgesees zum öffentlichen Gewäs-sernetz und den Möglichkeiten im freien Gefälle Wasser ein- bzw. ausleiten zu können sind die für eine Speichernutzung vorgesehenen Stauspiegel-

Abb. 5.4 Wasserüberleitung aus der Lausitzer Neiße

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 8: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

272

aus nach beiden Seiten aufgefahren und mündet in Ein- und Auslaufbauwerke (4a) und(4b). Das Einlaufbauwerk von Speicherbecken Lohsa bie-tet zusätzlich Möglichkeiten für die Konditionie-rung und optional für Energiegewinnung. Abbil-dung 5.6 zeigt das Verbindungsbauwerk.

Die Ausleitung aus dem Speichersystem Lohsa II erfolgt über das Speicherbecken Burg-hammer in die Kleine Spree, die sich unterhalb mit der Spree vereinigt.

5.1.4 Erarbeiten der Flutungskon-zepte

Die für die einzelnen Bergbaufolgeseen konzi-pierten Flutungsmaßnahmen erfordern bezüglich ihrer zeitlichen und kapazitativen Einordnung einer Einbindung in den regionalen Wasser-haushalt. Die Zu- und Abflüsse in die Oberflä-chengewässer sowie die sich aus ökologischen und nutzungsbedingten Erfordernissen an den Mindestabfluss regeln maßgeblich die für die Flutung erschließbaren Wassermengen. Gemein-sam mit geotechnischen Bedingungen aus dem Sanierungsfortschritt bilden sie die Grundlage für die Festlegung von Prioritäten für die Was-serverteilung im Rahmen des Flutungskonzeptes der LMBV (1995, 2001). Allein schon der sto-chastische Charakter der Abflüsse in den Ober-

lagen vorgegeben. Sie bestimmen die Maßnah-men zur Ufersicherung und Ufergestaltung.

Der bedeutendste Wasserspeicher der Lausitz entsteht mit dem Speichersystem Lohsa II, das als Verbund dreier Bergbaufolgeseen mit einer maximalen Ausleitwassermenge von 7 m3/s be-trieben werden soll. Abbildung 5.5 zeigt die räumliche Anordnung der das Speichersystem bildenden Bergbaufolgeseen und ihre Verbindun-gen untereinander. Die Anbindung an das öffent-liche Gewässernetz erfolgt über Flüsse Spree und Kleine Spree.

Während das Speicherbecken Lohsa mit einer Maximalwassermenge von 15 m3/s aus der Spree gespeist wird, erhalten die Speicherbecken Drei-weibern und Burghammer die Zuflüsse aus der Kleinen Spree mit maximal 3 m3/s.

Die Verbindung zwischen Speicherbecken Dreiweibern und Lohsa wird durch ein auf 3 m3/s ausgebautes und durch ein Wehr regelba-res Absturzbauwerk mit integriertem Tosbecken gebildet. Es sichert den Ausgleich der je nach Bewirtschaftungsregime bis zu 13,2 m unter-schiedlichen Wasserspiegellagen in den beiden Bergbaufolgeseen.

Die auf 10 m3/s ausgebaute Verbindung zwi-schen den Speicherbecken Lohsa und Burgham-mer wird durch einen 3 m Durchmesser aufwei-senden und 1.416 m langen Tunnel realisiert. Er wurde untertägig von einem Zentralschacht (4)

Abb. 5.5 Wasserspeicher Lohsa II

F.-C. Benthaus et al.

Page 9: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

273

flächengewässern und die dadurch limitierte Flutungswassermenge sowie geogen bedingte Änderungen in der Beschaffenheit des Flutungs-wassers machen eine periodische Anpassung des Konzeptes erforderlich. Die durch die erreich-ten Seewasserstände bedingten geotechnischen Randbedingungen, der Sanierungsfortschritt sowie die Entwicklung der Wasserbeschaffenheit in den entstehenden Bergbaufolgeseen müssen dabei Berücksichtigung finden. Am Beispiel der Sächsisch-/Brandenburgischen Seenkette soll eine Anpassung des Flutungskonzeptes aufge-zeigt werden, die sich aus einer sich im Laufe der Sanierung entwickelten geotechnischen Zwangs-bedingung sowie aus territorialen Anforderungen an die Nutzung der Bergbaufolgelandschaft erge-ben hat (Abb. 5.7).

Die ursprüngliche Konzeption für die Flu-tung der Seen der Sächsisch-/Brandenburgischen Seenkette (LMBV 1995) sah ein Erreichen der Endwasserstände von Ost nach West vor und machten die GRWA Rainitza zu einem zentralen Element für die Beschaffenheitsentwicklung im westlich gelegenen Ilsesee.

Geotechnische Vorsorge sowie durch den Sa-nierungsfortschritt bedingte Grenzwasserstände, vor allem aber die Forderung nach einer vorzei-tigen Gewässernutzung im westlich gelegenen Bereich, waren Anlass zu einer Anpassung des Konzeptes. Mit einem Grundsatzpapier (LMBV 2006b) wurde das „Flutungs- und Wasserbehand-

lungskonzept Lausitz“ an die aktuelle Situation angepasst.

Für die Sächsisch-/Brandenburgische Rest-lochkette vom Spreetaler See im Osten bis zum Ilsesee im Westen bedeutet das folgende Präzi-sierungen:• prioritäre Zuführung von Flutungswasser

zur Anhebung des Wasserspiegels im Ilsesee und damit die Reduzierung der hydraulischen Belastung des zwischen dem Ilsesee und dem Sedlitzer See gelegenen Pfeilers

• vorzeitiger Ausbau des Oberen Landgrabens bis zum Sedlitzer See und damit verbunden die Neuverteilung des Wassers aus der GWRA Rainitza

• Bau einer Dichtwand südlich des Tagebaus Welzow-Süd, um die Wasserverluste durch Grundwasserabströmung aus der Seenkette zu reduzieren.

Mit dem angepassten Flutungskonzept für die Sächsisch-/Brandenburgische Seenkette wird ein weitgehend ausgeglichener Spiegelanstieg in den Bergbaufolgeseen erreicht. Der Abbau der hyd-raulischen Gradienten zwischen den einzelnen Seen in der Flutungsphase führt darüber hinaus zur Reduzierung der schwefelsauren Grundwas-serströme in die Seen und wirkt sich dadurch positiv auf die Seewasserbeschaffenheit aus. Eine frühzeitige Nutzung der im westlichen Bereich gelegenen Bergbaufolgeseen wird dadurch er-reicht und ermöglicht eine nachnutzungsorientier-te Entwicklung in dieser Bergbaufolgelandschaft.

Abb. 5.6 Tunnelbauwerk zwischen den Speicherbecken Lohsa und Burghammer

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 10: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

274

lich. Die Beeinflussung der Wasserbeschaffen-heit kann durch stationäre Anlagen von Land aus oder durch In-Lake-Maßnahme erfolgen.

Für das Erreichen einer vorgeschriebenen Wasserbeschaffenheit ist der Zeitpunkt der An-bindung der Bergbaufolgeseen an das öffentliche Gewässernetz entscheidend. Nach deutschem Wasserrecht (Wasserhaushaltsgesetz) ist eine Verschlechterung der Wasserbeschaffenheit im aufnehmenden Gewässer zu vermeiden. Deshalb sollte zum Zeitpunkt der Anbindung die Wasser-beschaffenheit im Bergbaufolgesee bereits so weit entwickelt sein, dass eine Einleitung des Überschusswassers in die öffentliche Vorflut möglich ist. Andernfalls sind zeitlich befristete Maßnahmen zur Behandlung des Ablaufwassers vorzusehen.

5.2 Regionale Hydrogeologie der Reviere

Die Geologie des Mitteldeutschen und des Lau-sitzer Braunkohlenrevieres ist ausführlich im Abschnitt 2.2 beschrieben. Im Folgenden werden die hydrologischen Grundlagen zum Gesamtver-ständnis des Kapitels vertieft.

5.1.5 Beschaffenheit in den Bergbau-folgeseen

Die Steuerung der Wasserbeschaffenheit in den entstehenden Bergbaufolgeseen ist prioritär durch die Zuführung von Flutungswasser aus den öffentlichen Gewässersystemen vorgesehen. Sie bringt mit der durch das Flutungswasser zu-geführten Pufferkapazität eine neutralisierende Wirkung auf die aus dem Umfeld zufließenden aciditätsreichen Wässer. Aus Gründen der Was-serbeschaffenheit sollte mit der Zuführung von Flutungswasser frühestmöglich mit maximal er-schließbarer Wassermenge begonnen werden, solange das Volumen des entstehenden Wasser-körpers noch gering ist. So ist die Wirksamkeit des Flutungswassers auf den entstehenden Was-serkörper hoch.

Was mit Flutungswasser, z. B. durch zu ge-ringes Wasserdargebot oder in lang anhaltenden Trockenzeiten nicht erreicht werden kann, ist durch technische Maßnahmen zu ergänzen. Zur Anwendung kommen dafür Konditionierungs-maßnahmen zum Aufbau von Pufferkapazität durch Zuführung basischer Stoffe. Zur Unterstüt-zung ist auch der Einsatz von Kohlendioxid zur Bildung eines Hydrogenkarbonat Puffers mög-

Abb. 5.7 Sächsisch-/Brandenburgische Seenkette

F.-C. Benthaus et al.

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275

5.2.1 Revier Niederlausitz

GeografieDie Niederlausitz wird im Wesentlichen von den Flüssen Elbe im Westen, Neiße im Osten sowie vom Lausitzer Urstromtal mit dem Vorfluter Schwarze Elster im Süden und dem Baruther Ur-stromtal mit dem Vorfluter Spree im Norden be-grenzt (Abb. 2.65). Zwischen den Urstromtälern liegt die Lausitzer Becken- und Heidelandschaft.

Ablagerungen des TertiärsDie Niederlausitz wird durch eine ca. 200 m mächtige Lockergesteinsfolge des Tertiärs und des Quartärs geprägt (Abb. 5.8). Diese liegt dis-kordant auf dem in nördliche Richtung einfal-lenden Festgesteinssockel aus präkambrischen Grauwacken. Nördlich der zwischen Luckau und Görlitz verlaufenden tektonischen Störungs-zone des Lausitzer Hauptabbruchs bilden jüngere Sedimente des Mesozoikums die Quartärbasis (Tab. 5.3).

Hydrologisch bedeutsam sind die überwie-gend feinkörnigen Sande der Cottbuser For-mation, die den im Süden auskeilenden Grund-wasserleiter 800 bilden. Es folgt die Spremberg Formation mit dem 4. Lausitzer Flözhorizont, be-stehend aus überwiegend kohlehaltigen Schluf-fen und mehreren Flözbänken. Darüber folgt ein terrestrische Schuttfächer, in denen Tone und Schluffe mit relativ grobklastischen Sedimenten (Grundwasserleiter 700) wechseln. Die Untere Briesker Formation beginnt mit dem 3. Lausitzer Flözhorizont mit bis zu 3 Flözbänken.

Es folgen getrennt durch geringmächtige ma-rin-brackische Sande stark kohlehaltige, feinge-schichtete Schluffhorizonte.

Die überlagernden mächtigen marinen Fein- bis Mittelsande bilden den Hauptgrundwasser-leiter 610 im Liegenden des 2. Lausitzer Flöz-horizontes.

Der sich anschließende so genannte Unterbe-gleiter ist die Flözbank 4 des 2. Lausitzer Flöz-horizontes. Der Unterbegleiter bzw. äquivalente

Abb. 5.8 Übersichtskarte des Niederlausitzer Braunkohlenreviers (Novel 1992)

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 12: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

276

Bildungen sind teilweise erodiert. Sie werden überlagert durch marine Feinsande des Grund-wasserleiters 500.

Die Obere Briesker Formation ist in weiten Gebieten teilweise im Pleistozän erodiert wor-den. Sie beginnt mit dem 2. Lausitzer Flöz und dem bis zu 10 m mächtigen Hangendschluffkom-plex. Der 2. Lausitzer Flözhorizont mit den Flöz-bänken 1, 2 und 3 ist unterschiedlich ausgebildet. Im Südosten liegen die Flözbänke als ca. 10 m mächtiges Kohlenflöz vereinigt vor. In westli-cher und nördlicher Richtung spaltet sich vom Flöz zunächst die Flözbank 3 ab, im Fortgang spaltet sich auch die Oberbank in die Flözbänke 1 und 2 auf.

Hydrogeologisch bedeutsam ist die im Unter-suchungsgebiet weitverbreitete, bis über 20 m

mächtige Sandeinlagerung zwischen Flözbank 2 und Flözbank 3 (Grundwasserleiter 453).

Im Bereich der Tertiärhochflächen ist der 20 bis 30 m mächtige Grundwasserleiter 410 als tertiärer Hauptgrundwasserleiter des Deckgebir-ges ausgebildet, dessen Verbreitung nur durch den Abbau oder pleistozäne Erosionen begrenzt ist. Abgeschlossen wird der Grundwasserleiter 400 in weiten Gebieten durch den Oberbegleiter-komplex mit eingelagerten, nicht bauwürdigen Flöz. Der darüber folgende tertiäre ca. 20 bis 30 m mächtige marine Grundwasserleiter 310 ist im Südwesten und Südosten durch die Ver-zahnung der marinen Sedimentation mit der ter-restrischen des jüngeren Lausitzer Schuttfächers (Raunoer Formation) gekennzeichnet. In diesen Bereichen sind wenig aushaltende Schluff- und Tonlagen mit schmalen Kohlenflözen eingela-

Tab. 5.3 Normalprofil des Tertiärs der Niederlausitz (Grundwasserleiter GWL hervorgehoben)Alter:Mio. Jahre

Stratigraphie GWL

MIOZÄN RaunoerFormation

Senftenberger ElbelaufFlaschentonfluviatile Schüttungen

221

222

10

1. Miozäner Flözkomplexüberwiegend mehrere Flözbänke,z. T. fluviatile SchüttungenLiegendschluff

250

1516

Obere Briesker Formation Fein- und MittelsandUnterbegleiter des 1. Miozäner FlözkomplexesFein- und MittelsandOberbegleiterkomplexSandeHangendschluffkomplex2. Miozäner FlözkomplexFlözbank 1, Mittel 1, Flözbank 2Mittel 2 (im Norden bedeutender Grundwasserleiter)Flözbank 3 mit Liegendschluff

310

320

410420

453

Untere BrieskerFormation

SandUnterbegleiterkomplex

500

Fein- und MittelsandeSchluffhorizont (Leithorizont)SandeSchluffhorizontSande

610620630

21 3. Miozäner Flözkomplexkohlehaltiger Schluff, Mittel- und Oberbank

26SprembergerFormation

Ton-Schluff-Sand-Wechsellagerung4. Miozäner Flözkomplex

700

OLIGOZÄN Cottbuser Fein- und Mittelsande 80030 Formation Basiskonglomerat, schluffig

F.-C. Benthaus et al.

Page 13: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

277

gert. Abgeschlossen wird die Schichtenfolge im Bereich der Klettwitzer, Raunoer, Welzower und Calauer Tertiärhochfläche durch den Komplex des 1. Lausitzer Flözhorizontes. Durch den schon vor Abbau des 2. Flözhorizontes umgegangenen Bergbau wurden jedoch nur geringe Restflächen hinterlassen.

Die tertiäre Schichtenfolge wird im genannten Gebieten abgeschlossen von kiesigen Sanden der Raunoer Folge, in die der z. T. abbauwürdige Fla-schenhorizont eingelagert ist und den Bildungen des Senftenberger Elbelaufs (Tertiärhochflächen).

Ablagerungen des QuartärsDie quartären Ablagerungen sind überwiegend kleinflächiger und wechselhafter ausgebildet als

die durch das Meer geprägten tertiären Ablage-rungen (Tab. 5.4).

Der Anteil der quartären Schichten am Ge-birgsaufbau des Gebietes wird durch die pleis-tozäne Tiefenerosion bestimmt. Diese ist unter-schiedlich, im wesentlichem können fünf Einhei-ten unterschieden werden (Abb. 5.9):

Rinnen Rinnen sind schmale und langgestreckte Ausräumungszonen, die vorwiegend in der Eis-zeit entstanden. Durch Tiefenerosion der sub-glazialen Schmelzwässer reichen diese Rinnen teilweise bis auf den Festgesteinssockel. An den Rinnenflanken kam es oft zum Austritt gespann-ter Grundwasser, welches die überwiegend san-digen Sedimente der Grundwasserleiter 610 und 500 mit sich riss. An den Rinnenflanken sanken

Tab. 5.4 Normalprofil des Quartärs der Niederlausitz (Grundwasserleiter GWL hervorgehoben)Alter:Mio. Jahre

Stadium Stratigraphie GWL

HOLOZÄN10

Kippen und AufschüttungenSpreeschwemmfächer im Baruther UrstromtalSchwemmsande im Lausitzer UrstromtalMudden, Flachmoortorfe, Dünen

111112113

WEICHSEL-Kaltzeit11

BrandenburgerStadium

Schmelzwassersande des Baruther UrstromtalsObere Talsande im Lausitzer UrstromtalInterstadialhorizonte im Lausitzer Urstromtal

120

EEM-Warmzeit13

FeinsandSchluff/TonMudde/Torf/Diatomeenerde

SAALE-Kaltzeit Warthe Untere Talsande im Lausitzer UrstromtalSanderEndmoränen Lausitzer GrenzwallSchmelzwassersandeGeschiebemergel und –lehme, glazilimnische Sedimente

130

Drenthe Schmelzwassersande und KieseRückzugsbändertonGeschiebemergelVorstoßbänderton

140

35 Frühsaale Fluviatile bis glazifluviatile Aufschüttung 150HOLSTEIN-Warmzeit

37

nur wenige Funde:FeinsandSchluff/TonMudde/Torf/Diatomeenerde

ELSTER-Kaltzeit 2 höhere Rinnensedimente:sehr variable ZusammensetzungSchmelzwassersande, Kiese, Tertiärschollen,Bänderschluffe, Geschiebemergel, -lehme

160

47

1 Tiefere Rinnensedimente:kaum abgrenzbar zur höheren RinnenfüllungSchmelzwassersande, Kiese, Tertiärschollen,Bänderschluffe, Geschiebemergel

170

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 14: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

278

z. T. relativ ungestörter Tertiärkomplexe in die Rinnen ab. Mächtige Geschiebemergelhorizonte wurden abgelagert. Aufgestauchte bindige Terti-ärschichten an den Nordostflanken bilden Barrie-ren für den Austausch der Grundwässer.

An der Rinnenbasis liegen neben sandigen Geschiebemergeln und Geschiebesanden zu-meist grobkörnige Schmelzwassersande und Kiese mit bis zu 30 m Mächtigkeit. In diese ein-gelagert sind häufig allochthone Tertiärsedimen-te (Schollen aus der ummittelbaren Umgebung, Materialien der jungtertiären Elbeläufe). Hydro-geologisch bilden die Rinnen wegen des hohen Anteils gut durchlässiger glazifluviatiler Sedi-mente Verbindungen zwischen den ansonsten se-paraten Hauptgrundwasserleiter des Tertiärs.

Verebnungen Unter Verebnungen werden Bereiche mit ausgeglichenem Quartärbasisrelief und meist mächtiger Quartärbedeckung (30–50 m) verstanden. Sie entstanden durch flächen-hafte Erosion (z. T. auch Exaration) und späterer Akkumulation nach Anlage der elsterglazialen tiefen Rinnen. Sie schneiden die Rinnen diskor-dant ab, so dass ihre Sedimentfolgen den Raum zwischen den Hochflächen ausfüllen.

Die in diesem Bereich abgelagerten Sedimen-te der zwischen Elster- und Saale-Eiszeit wieder

belebten Flusssysteme bilden über weite Gebiete den quartären Hauptgrundwasserleiter 150.

Hochflächen Diese sind Gebiete, deren Quar-tärbasis in der Regel über 100 m MHN liegt. Die Mächtigkeit quartärer Sedimente beträgt meist weniger als 20 m, maximal 30 m. Teilweise erreicht das Tertiär die Geländeoberfläche.

Es handelt sich um (prätertiäre und tertiäre) Reliktflächen zwischen Rinnen bzw. Verebnun-gen, welche der pleistozänen Abtragung weitge-hend entgingen

Urstromtäler Die gut durchlässigen Schmelz-wassersedimente sind die wichtigsten quartären Grundwasserleiter, z. B. GWL130 im Lausitzer Urstromtal und GWL120 im Baruther Urstromtal.

Kippen und Halden Durch den Braunkohlen-bergbau wurde das Deckgebirge über den Koh-lenflözen aufgenommen und wieder in Kippen und Halden abgesetzt. Wegen der dabei erfolg-ten Vermischung von sandigen mit schluffig-tonigen Sedimenten ist die Durchlässigkeit des Kippengrundwasserleiters 111 vielfach stark verringert.

Abb. 5.9 Geologischer Schnitt durch das Niederlausitzer Braunkohlenrevier

F.-C. Benthaus et al.

Page 15: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

279

5.2.2 Revier Oberlausitz

Geografische Lage/UntergrundDie Regionalhydrologie der Oberlausitz wird am Beispiel des Berzdorfer Beckens erläutert (Abb. 5.10). Das Berzdorfer Becken wurde im Tertiär als Grabenstruktur an tektonischen Stö-rungen verschiedener Richtung eingesenkt.

An die Bruchvorgänge gebunden sind sowohl ein umfangreicher tertiärer Basalt-Vulkanismus als auch die Bildung der Braunkohlenlager-stätte. Die Beckenränder sind durch ein System von parallelen Bruchstörungen gekennzeichnet. Durch unterschiedliche Absenkungen entstan-den Mulden und Sättel im Beckenuntergrund sowie Schuttfächer im Beckenrandbereich und im Becken selbst. Die über dem Liegendrücken aufgewölbten Kohlenflöze belegen, dass die Be-wegungen bis nach Abschluss der Kohlenflözbil-dung stattgefunden haben.

TertiärDas prätertiäre Grundgebirge wird vom Sei-denberger Granodiorit gebildet. Die bis 50 m mächtigen Schuttfächersedimente bestehen aus zumeist wenig veränderten Zersatzmaterialien des Granodiorits und der Vulkanite. Die beson-ders an den Beckenflanken entstandenen rolligen Bereiche der Schuttfächersedimente bilden den Grundwasserleiter 3 (GWL 3), auf den die Koh-lenbildung folgte.

QuartärNach Abschluss der tertiären Prozesse lag das Berzdorfer Becken als eine mit Lockersedimen-ten gefüllte Talwanne vor, in die sich im frühen Pleistozän die Lausitzer Neiße einschnitt. Über-lagert werden sie von Geschiebemergeln und Schmelzwassersanden der Elster I- und Elster II-Vereisung. Der Geschiebemergel war teilwei-se extrem fest und führte zahlreiche große Ge-steinsblöcke. Über ihm folgen im Profil noch Schmelzwassersande und Geschiebelehmreste der Saale I-Vereisung. Das Inlandeis der jünge-ren Glaziationen ereichte das Berzdorfer Becken nicht. Saale- und weichselzeitliche Flussschotter der Lausitzer Neiße und ihrer Nebenflüsse liegen im Ostteil des Beckens in geschlossener Verbrei-tung vor.

Die rolligen Quartärsedimente bilden den Grundwasserleiter 1 (GWL 1), den Hauptgrund-wasserleiter des Berzdorfer Beckens. Der Grund-wasserleiter 1 ist nahezu vollständig im gesamten Niederungsgebiet der Lausitzer Neiße, der alten Pließnitz und der Gaule ausgebildet.

5.2.3 Revier Südraum Leipzig

Geografische Lage/UntergrundAls „Südraum Leipzig“ wird das Braunkohlen-revier bezeichnet, welches von Leipzig bis Al-tenburg reicht. Im Westen wird es begrenzt durch den Verlauf der Autobahn A9 und im Osten durch eine Linie entlang der Orte Geithain – Bad Lau-

Abb. 5.10 Geologischer Schnitt durch das Berzdorfer Becken nach Betriebseinstellung

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 16: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

280

sigk – Naunhof. Das Gebiet ist geologisch dem Weißelsterbecken zugeordnet.

Das Prätertiär im Südraum wird in zwei Be-reiche unterteilt durch die herzynisch streichende Röthaer Störung. Südlich der Röthaer Störung, auf der so genannte Tiefscholle, sind unter dem Tertiär Sand- und Tonsteine des Buntsandsteins und darunter Kalke Dolomite, Sandsteine sowie gebietsweise Gips und Anhydrit des Zechsteins anzutreffen. Nördlich der Röthaer Störung stehen in der so genannten Hochscholle wesentlich äl-tere Gesteine an. Sie sind entlang der bereits vor der Ablagerung der tertiären Schichten wirksa-men Röthaer Störung um mindestens 200 m her-ausgehoben worden. Es handelt sich vorwiegend um tiefgründig kaolinisierte Grauwacken, Ton- und Schluffsteine, die als algonkischer Leipziger Grauwackenkomplex zusammengefasst werden. Während auf der Hochscholle die tertiären Ab-lagerungen relativ ruhige Lagerungsverhältnisse aufweisen, ist auf der Tiefscholle gebietsweise die Lagerung der Flöze und der Grundwasser-leiter des Tertiärs weitaus komplizierter. Dies beruht auf den Gips- und Anhydritbänken in den Zechsteinablagerungen, die bei Wasserzutritt in Lösung gehen können und dadurch zum Absen-ken aller zum Zeitpunkt der Lösungsvorgänge oberhalb lagernden Schichten, damit auch der Flöze, führte (Abb. 5.11).

TertiärÜber den Zeitraum von einigen Millionen Jahren bestand vom Mitteleozän bis zum Oligozän eine

Binnensenke, in die vor allem aus dem Erzge-birge und dem Vogtland Kiese, Sande, Schluffe und Tone eingebracht wurden. Die Sedimentzu-fuhr erfolgte im Wesentlichen über die auch noch jetzt von der Pleiße und Weißen Elster genutz-ten Täler. Die Schichtenfolge lässt vier Zyklen erkennen, die jeweils mit groben Sedimenten (Kiesen, Sanden) beginnen, auf denen Schluffe und Tone lagern und auf die dann ein Braunkoh-lenflöz folgt (Tab. 5.5). Der erste Zyklus beginnt so mit den Kiesen und Sanden des Grundwasser-leiters 6 und endet mit Flöz I. Der zweite Zyklus beginnt mit dem Grundwasserleiter 5 und endet mit Flöz II. Der dritte Zyklus ist nur im zentralen Teil des Weißelsterbeckens ausgebildet und be-steht aus dem Grundwasserleiter 4 und Flöz III. Der vierte Zyklus beginnt mit dem Grundwasser-leiter 3 und endet mit Flöz IV.

Mit dem Weißelsterbecken stand den tertiären Ablagerungen ein zusammenhängender Sedi-mentationsraum zur Verfügung. Insgesamt zei-gen die tertiären Grundwasserleiter des Weißels-

Tab. 5.5 Tertiäre Grundwasserleiter (GWL) im SüdraumGWL 2.2/2.3/2.4

Miozäne Thierbacher Schichten

GWL 2.5–2.6 Oligozäne Pödelwitzer Sande, Muschelsand

GWL 2.7 Oligozäner brauner SandGWL 3 Mittlere Sande zwischen Flöz IV und IIIGWL 4 Eozäne Sande zwischen Flöz III und IIGWL 5 Eozäne Sande zwischen Flöz II und IGWL 6 Eozäne Sande im Liegenden von Flöz I

Abb. 5.11 Hydrogeologischer Schnitt durch den Südraum Leipzig Legende: braun Braunkohle, I…IV Flözbezeich-nungen, blau Ton/Schluff, gelb/gelbgrün Sande/Kiese (Grundwasserleiter), 1.4…6 Grundwasserleiterbezeichnung, grün Geschiebemergel

F.-C. Benthaus et al.

Page 17: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

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terbeckens eine große flächenhafte Verbreitung. Dabei gibt es einerseits immer wieder Bereiche, wo zwischen zwei Flözen nur Schluffe und Tone und kein Grundwasserleiter zur Ablagerung kamen. Andererseits lagern mächtige Sande und Kiese zweier Grundwasserleiter direkt aufeinan-der und bewirken eine hydraulische Verbindung zwischen beiden.

QuartärDas Quartär ist geologisch gekennzeichnet durch einen klimatisch bedingten Wechsel zwischen Abtragung und Ablagerung von Gesteinen in drei Zeitetappen. Vor dem Beginn der ersten Kaltzeit, der Elsterkaltzeit, kam es zunächst durch die ver-schiedenen Flussläufe zur mehr oder weniger tiefgreifenden Abtragungen vor allem tertiärer Schichten. Das von Norden heranrückende In-landeis führte zur Verringerung der Transport-kraft der Flüsse (Saale, Elster, Pleiße, Mulde). Diese schotterten in ihren Tälern breite Terrassen auf, die sich über viele Kilometer verfolgen las-sen. Die Gletscher bedeckten dann zweimal das Gebiet und hinterließen neben Bändertonen und Geschiebemergel Schmelzwassersande, die meist flächig abgelagert wurden. In der nachfolgenden Warmzeit schnitten sich die Flüsse erneut in die tertiären und die älteren eiszeitlichen Ablagerun-gen ein, verloren schließlich wiederum durch das heranrückende Inlandeis ihre Transportkraft und schotterten in ihren Tälern ausgedehnte Terras-sen auf, die wegen ihrer großen Verbreitung und Mächtigkeit hier als Hauptterrassen bezeichnet werden. Das Inlandeis der zweiten Kaltzeit, der Saalekaltzeit drang wenigstens zweimal in das Gebiet des Südraumes ein. Nach der Saalekaltzeit schnitten sich die Flüsse erneut ein. Die Weich-selkaltzeit bewirkte wiederum ein Aufschottern. Das Inlandeis erreichte aber den Südraum nicht. In den Talauen der Flüsse kam es später nochmals zur Aufschotterung einer Terrasse von holozänen Auekiesen. Diese Terrasse ist aber nur gebiets-weise von den weichselkaltzeitlichen Schottern zu unterscheiden. In der quartären Schichtenfol-ge des Südraumes treten folgende Grundwasser-leiter auf (Tab. 5.6):

Die ursprünglichen hydrogeologischen Ver-hältnisse sind weithin durch die Tagebaue ver-ändert worden. Die 2 bis 3 km breite Terrasse

des GWL 1.1/1.0 der Weißen Elster ist durch die Tagebaue Zwenkau und Merseburg-Ost einge-schnitten worden. Die etwa 1 km breite Terrasse der Pleiße wurde von Regis-Breitingen bis nahe Leipzig durch die Tagebaue Borna, Deutzen, Witznitz und Espenhain bis auf Reste devastiert. Die etwa 0.5 km breite Terrasse der Wyhra ist nördlich von Borna vollständig abgetragen wor-den. (Abb. 5.12).

5.2.4 Revier Nordraum Leipzig

Geografische Lage/UntergrundIm Nordraum, dem Gebiet zwischen Leipzig und Gräfenhainichen, wurde das Bitterfelder Flöz ab-gebaut, welches im Miozän entstand (Abb. 5.13).

Prätertiäre Gesteine treten im Nordraum nur in den kleinen Porphyrkuppen bei Muldenstein und Golpa zutage. Die prätertiäre Schichtenfolge setzt sich aus einer größeren Anzahl von Schicht-komplexen von kambrischen, karbonen und rot-liegenden Gesteinen zusammen. Bemerkenswert ist eine Zone, die sich von Bitterfeld über Bad Düben bis Torgau hinzieht. In dieser sind in Form teils eines Grabenbruches, teils einer Einmul-dung Sedimente des Zechsteins und Buntsand-steines aufgrund ihrer Lagerungsverhältnisse von der Abtragung nicht erfasst worden. In der Regel sind die obersten 10 m bis 30 m der prätertiären Gesteine kaolinisch verwittert und wirken so als Grundwasserstauer.

TertiärIn der tertiären Schichtenfolge des Nordraumes treten folgende Grundwasserleiter auf (Tab. 5.7).

Auf der Grundlage der Verbreitung der tiefe-ren Tertiärablagerungen mit den Flözen Bruck-dorf und Gröbers, die die geologische Entwick-

Tab. 5.6 Quartäre Grundwasserleiter (GWL) im SüdraumGWL 1.0/1.1:

Holozäne und weichselkaltzeitliche FIussschotter

GWL 1.4: Saalekaltzeitliche SchmelzwassersandeGWL 1.5: Frühsaalekaltzeitliche Flussschotter

(Hauptterrasse)GWL 1.6: Spätelsterkaltzeitliche SchmelzwassersandeGWL 1.7: Elsterkaltzeitliche SchmelzwassersandeGWL 1.8: Frühelsterkaltzeitliche Flussschotter.

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

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lung dieses Raumes zur Zeit der Bildung dieser Sedimente widerspiegeln, ergeben sich Möglich-keiten zur regionalgeologischen Gliederung des Gebietes. Abgeschlossen wird die ältere tertiäre Schichtenfolge von einem im Allgemeinen nach Norden an Mächtigkeit zunehmenden Horizont, dem Rupelschluff. Dieser fehlt in der Regel nur über größeren Prätertiäraufragungen. Auf dem Rupelschluff lagern im Mittel etwa 30, max. etwa 50 m mächtige Sande des GWL 5, die zu-sammengefasst als Bitterfelder Glimmersande bezeichnet werden. Dieser Horizont ist über tau-sende von Quadratkilometern verbreitet und der

Hauptgrundwasserleiter des Nordraumes. Er ist bergbaulich praktisch unverritzt geblieben und wurde lediglich durch die Entspannungsmaßnah-men der Tagebauentwässerung beeinflusst.

Das Bitterfelder Flöz ist in einer Mächtigkeit von oft 10 bis 13 m ausgebildet. Weiter entfernt lagern sich in das Flöz zunächst Tone und Schluf-fe und dann Sande (GWL 4) ein. Es entstand so die Unter- (BIU) und die Oberbank (BIO) des Bitterfelder Flözes. Die Sande erreichen schließlich Mächtigkeiten bis über 10 m. Das ist im schematischen geologischen Schnitt süd-lich des ehemaligen Tagebaus Rösa dargestellt

Abb. 5.12 Verbreitung der Auenkiese (GWL 1.1) im Raum Leipzig-Zeitz-Altenburg und Eingriff durch die Tagebaue, grün Holozäne/Weichselkaltzeitliche Flussauen, rot devastierte Gebiete der Flussauen

F.-C. Benthaus et al.

Page 19: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

283

(Abb. 5.13). Außerhalb des engeren Bitterfelder Gebietes spaltet sich von der Oberbank noch eine weitere geringmächtige Bank ab. Zwischen bei-den Oberbänken lagern meist nur relativ gering-mächtige Schluffe und Tone. Nur im Süden treten auch Sandzonen auf, die als Grundwasserleiter 3 bezeichnet werden. Die Mächtigkeit der tertiären Schichten über dem Bitterfelder Flöz ist abhän-gig vom Abtragungsniveau der quartären Schich-ten, sie kann 20 und mehr Meter betragen. Die aus Schluffen und Tonen bestehende Folge, in die zwei bis drei Sandhorizonte (GWL 2.2 und 2.1) eingelagert sein können, wird auch als Bitterfel-der Decktonkomplex zusammengefasst.

Abb. 5.13 Hydrogeologischer Schnitt durch den Nordraum Leipzig, BI Bitterfelder Flöz, BIO I Oberbank I, BIO II Oberbank II, BIU Unterbank, BRFO Flöz Breitenfeld Oberbank, G Flöz Gröbers, B Flöz Bruckdorf, 1.0…8.1– Grund-wasserleiterbezeichnung, braun Braunkohle, blau Ton/Schluff, gelb Sande/Kiese (Grundwasserleiter), grün Geschiebe-lehm und -mergel

QuartärIn der quartären Schichtenfolge des Nordraumes treten folgende Grundwasserleiter auf (Tab. 5.8).

Das Quartär ist auch im Nordraum durch den klimatischen Wechsel zwischen Abtragung und Ablagerung von Gesteinen hydrogeolo-gisch charakterisiert. Vor der ersten in diesem Raum nachgewiesenen Kaltzeit kam es durch die Flussläufe der Saale, Elster und Mulde zu einer beachtlichen Abtragung der tertiären Schichten-folge. Nach Ablagerung von drei Schotterterras-sen, die aber nur noch in Resten vorhanden sind, bewirkte das von Norden vordringende Inlandeis der Elsterkaltzeit eine Verringerung der Trans-portkraft der Flüsse, die dadurch in ihren Tälern breite Schotterterrassen ablagerten. Während der Elsterkaltzeit wurde der Nordraum zweimal vom

Tab. 5.7 Grundwasserleiterbezeichnung Tertiär „Nordraum“GWL 2.1…2.2 Miozäne obere und untere Sandhori-

zonte zwischen Flöz Düben und Flöz Bitterfeld Oberbank II (BIO II)

GWL 3 Miozäner Sandhorizont zwischen BIO II und Bitterfeld Oberbank I

GWL 4 Miozäner Sandhorizont zwischen BIO II und Bitterfeld Unterbank

GWL 5.1.5.3 Bitterfelder Glimmersande lokal eingelagerte Flözgruppe Breitenfeld (Miozän)

GWL 6 Rupelschluff (Miozän bis Oberoligozän)

Tab. 5.8 Grundwasserleiterbezeichnung Quartär „Nord- raum“GWL 1.1/1.0 Weichselkaltzeitliche, holozäne Fluß-

schotter der Mulde und FuhneGWL 1.3 Saalekaltzeitliche SchmelzwassersandeGWL 1.4 Saalekaltzeitliche SchmelzwassersandeGWL 1.5 Frühsaalekaltzeitliche Flußschotter der

Elster, Mulde und SaaleGWL 1.6 Spätelsterkaltzeitliche

SchmelzwassersandeGWL 1.7 Elsterkaltzeitliche SchmelzwassersandeGWL 1.8 Früh- und vorelsterkaltzeitliche

Flußschotter

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 20: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

284

Inlandeis bedeckt. Die zweite Phase der elster-kaltzeitlichen Vereisung führte zu einer großen Anzahl von Rinnen, die dem GWL 1.6 zugeord-net werden und von hoher hydrogeologischer Bedeutung sind. Außerdem sind Sande dieses Horizontes (GWL 1.6) auch außerhalb der Rin-nen flächenhaft verbreitet. Im frühen Stadium der Saalekaltzeit kam es zur Aufschotterung von Ter-rassen beachtlicher Mächtigkeit und Verbreitung, der Grundwasserleiter GWL 1.5 mit einer Breite von über 15 km und Mächtigkeiten von im Mittel 11 m. Dieser Grundwasserleiter GWL 1.5 wird auch als Hauptterrasse bezeichnet und ist der zweitwichtigste Grundwasserleiter des Nordrau-mes. In der Weichselkaltzeit erfolgte eine Auf-schotterung durch die Flüsse, es entstand die so genannte Niederterrasse (holozänen Auekiese).

5.2.5 Geiseltal

Geografische Lage/UntergrundDas Braunkohlenrevier Geiseltal befindet sich am Westrand des Mitteldeutschen Braunkohlenreviers und liegt etwa 10 km südwestlich der Kreisstadt

Merseburg (Abb. 5.14) Das Geiseltal, ein etwa 36 km2 großes Braunkohlenvorkommen, weist komplizierte hydrogeologische Verhältnisse auf. Bis über 150 m tertiäre Ablagerungen mit Koh-lenmächtigkeiten bis zu 100 m lagerten hier in einem langgestreckten muldenartigen Struktur. Die mit mächtigen mitteleozänen Sedimenten gefüllte „Geiseltalmulde“ befindet sich an der Südflanke der durch Störungen begrenzten ost-west-strei-chenden Pultscholle „Merseburger Sattel“. Die Entstehung der Geiseltalmulde gilt als Kombina-tion tektonischer, halokinetischer und subrosiv Be-wegungen von der Oberkreide bis zum Alttertiär (Schroeter 1991; Thomae und Schroeter 1996). Die tertiäre Geiseltalsenke bildete sich dabei im Zusammenhang mit der prätertiären Entwicklung der Querfurter Mulde. Besonders die Sediment-ablagerungen des Zechsteins und die während des Spätvariszikums angelegten Bruchstrukturen des Grundgebirges prägten Tektonik und Sedimenta-tion.

TertiärDie Bildung der Senkenstrukturen im Geiseltal war durch das primäre Vorhandensein von Sa-

Abb. 5.14 Bergbauliche Inanspruchnahme im Geiseletal

F.-C. Benthaus et al.

Page 21: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

285

linar im Untergrund (Zechstein) bestimmt. Die Senkungsbewegungen des Eozäns waren an die Subrosion des Salinar gebunden. Die Subrosion folgte bevorzugten Grundwasserbewegungen entlang von Störungszonen. Ein Subrosionszy-klus umfasst somit in der Regel eine schnelle Absenkungsphase mit klastischer Sedimentation, die synchron mit dem Abklingen der subrosiv bedingten Senkung feinklastischer wurde und schließlich in eine organogene Sedimentation mit der Kohlenbildung überging. Die Hauptzyklen sind außerdem durch untergeordnete Teilzyklen gekennzeichnet, die durch Zwischenmittel inner-halb der Braunkohlenstufe repräsentiert werden.

Das prätertiäre Festgestein wird durch die Teilgrundwasserleiter und –stauer des Unteren bis Oberen Buntsandsteins sowie den Unteren und Mittleren Muschelkalk (Karstgrundwas-serleiter) aufgebaut. Die Gesteinsschichten des Mittleren Buntsandsteins (Detfurth-Wechsella-gerung, -Sandstein und -Ton, Solling- bis Har-degsen-Folge) gliedern sich in drei Grundwas-serleiter und streichen nördlich und östlich des

Geiseltals aus. Diese Aquifere sind aufgrund ihrer Mächtigkeiten und großräumigen Verbrei-tung sowie der geohydraulischen Eigenschaften von hoher Bedeutung. In der Hauptstörungszone entlang der Geiseltal-Nordrandstörung wurden Festgesteinsschichten um ca. 20 bis 30 m ver-setzt. An der Ostseite des Geiseltals erreichen die Versatzbeträge bis zu 50 m. Die Störungszonen sind bevorzugte Bereiche für hydraulische Ver-bindungen zwischen dem Unteren, Mittleren und Oberen Buntsandstein (Abb. 5.15).

Der Untere Muschelkalk ist in der Querfurter-Freyburger Mulde südlich und westlich des Gei-seltals bis zur Unstrut verbreitet. Der Karstgrund-wasserleiter hat als Nährgebiete für den Grund-wasserhaushalt des Geiseltals eine hohe Bedeu-tung. Im Ausstrichbereich zum Geiseltalrestloch (Tagebaurestloch Mücheln) zeichnet sich der Karstgrundwasserleiter durch Mächtigkeiten von ca. 10 bis 20 m sowie hydraulische Verbindungen zu den Lockergesteinsgrundwasserleitern aus.

Das über dem Festgestein im Trias abgela-gerte Lockergestein umfasst Tertiär und Quartär sowie die anthropogenen Bergbaukippen.

Abb. 5.15 Geologischer Profilschnitt durch das westliche Geiseltal – ehemaliger Tagebau Mücheln (Thomae und Schroeter 1996)

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 22: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

286

QuartärDas Quartär wird aus den natürlichen pleistozä-nen und holozänen Sedimenten gebildet (Schroe-ter 1998). Der quartäre Grundwasserleiter ist aus saalezeitlichen, fluviatilen Terrassenschottern (Hauptterrasse und Körbisdorfer Schotter) und in den Auen der Fließgewässer (z. B. Geisel) aus weichselzeitlichen bzw. holozänen Sedimenten aufgebaut.

5.2.6 Revier Nachterstedt/Schade-leben-Königsaue

Geografische Lage/UntergrundDie Lagerstätte befindet sich im Nordwesten des Mitteldeutschen Braunkohlenreviers, nördlich von Aschersleben und südöstlich der Gemeinde Gatersleben. Das Revier gehört regionalgeolo-gisch zur subherzynen Senke. Durch NW – SO streichende Dislokationszonen ist es in mehrere Leistenschollen gegliedert. Der zu betrachtende Raum befindet sich am SW-Rand der Oschers-leben – Bernburger Scholle. Tektonische Verfor-mungen des Zechsteinsalzes während der saxoni-schen Gebirgsbildungsphase führten zur Ausbil-dung von Salzsätteln. Die Lagerungsverhältnisse werden durch den Ascherslebener Salzsattel be-stimmt. Über den mächtigen Salinaren des Sattel-kernes stehen die Gesteine des Gipshutes unter einer lokal sehr mächtigen känozoischen Locker-gesteinsüberdeckung an (Schroeter 1997). An den Sattelflanken keilen die aufgewölbten Sedimente des Buntsandsteins, des Muschelkalkes und des Keupers aus.

TertiärDas Tertiär ist auf die parallel zur Sattelachse streichenden Randsenken beschränkt und wird von quartären Lockergesteinen überlagert (Karpe 1983). Infolge der im tieferen Tertiär einsetzen-den halokinetischen Absenkung des Ascherslebe-ner Salzsattels entstanden zwei Randsenken mit bauwürdigen Braunkohlenflözen:• die Nachterstedt – Froser Mulde an der West-

flanke und• die Königsaue – Wilslebener Mulde an der

Ostflanke.

Namentlich die Nachterstedter Mulde verfügt über ein bedeutendes Tertiärprofil. In ihren Zen-tralteilen haben die Flözmächtigkeiten mehr als 70 m betragen. Bedingt durch die Lagerstättenge-nese sind weiterhin sehr steile Muldenflanken mit Einfallen von bis zu 10° und eine nur begrenzte Ausdehnung der Lagerstätten kennzeichnend.

QuartärIm Quartär entwickelte sich bei kontinuierli-cher Geländeabsenkung infolge fortschreitender Salzablaugung über dem Sattelkern das Tal der heutigen Seeländereien. In der jüngeren geologi-schen Vergangenheit wurden zunächst mächtige Schotterkörper abgelagert. Anschließend bele-gen Mudden (Seesedimente) die Entstehung des so genannten Ascherslebener Sees. Die folgen-de Verlandungsphase des Sees wird innerhalb der Seeländereien durch flächenhaft verbreitete Torfe dokumentiert. Hervorzuheben ist auch die so genannte Destruktionszone, die sich ebenfalls im Bereich des Satteltops befindet und sich als rinnenförmiges Element mit bedeutender quartä-rer Füllung darstellt.

Das Gebiet der Seeländereien liegt im Ein-zugsgebiet der Selke, welche sich westlich der Seeländereien befindet. Die Niederterrassen-schotter der Selke überlagern hier die älteren, in der Depression der Seeländereien abgelager-ten Schotterkörper. Zwischen Gatersleben und Reinstedt wird die hydraulische Anbindung der Niederterrassenschotter der Selke an die älteren pleistozänen Schotter durch Einlagerungen aus Geschiebelehmen und besonders im Raum Ga-tersleben durch Aufragungen des unterlagernden Keupertonsteines kompliziert. Die Tonsteine und Geschiebemergel bilden einen Selke-parallel ver-laufenden Riegel, der den Grundwasserabstrom aus der Niederterrasse in die älteren Schotter nach Osten, in die Niederung der Seeländereien hinein, beeinflusst. Im Zentrum der Seeländereien befin-det sich der Hauptseegraben, welcher die Funk-tion der Oberflächenwasserabführung übernimmt und in das Restloch Königsaue einmündet.

Nördlich des Restlochkomplexes verläuft der nördliche Teil des Hauptseegrabens, der die Zu-flüsse aus dem angrenzenden Gebiet aufnimmt und das Überschusswasser aus dem Restloch-

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Page 23: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

287

komplex Nachterstedt/Schadeleben bis zur Ein-mündung in die Selke abführen soll.

5.2.7 Revier Wulfersdorf/Helmstedt

Geografische Lage/UntergrundDas Wulfersdorf/Helmstedter Revier im Nord-westen des mitteldeutschen Bergbaureviers süd-lich der Ortslage Helmstedt und westlich der Ge-

Abb. 5.16 Lageplan des Wulfersdorf-Helmstedter Reviers (LMBV 1999a)

meinde Harbke gehört regionalgeologisch zum nördlichen Harzvorland und wird dem so ge-nannten Subherzyn zugeordnet (LMBV 1999a). Das Tagebaurestloch Wulfersdorf/Helmstedt liegt im Einzugsgebiet von Weser und Elbe. Die Fließgewässer nördlich des Tagebaues Wulfers-dorf entwässern zur Weser, die südlich abfließen-den Gewässer über die Schöninger Aue-Bode-Saale zur Elbe (Abb. 5.16).

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 24: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

288

Das Subherzyn ist geprägt von Sattel- und Muldenstrukturen, welche durch die Salzabwan-derungen und Salzakkumulationen vorwiegend in der Zechstein Zeit entstanden sind. Überregio-nal sind einerseits die mit quartären und tertiären Lockersedimenten gefüllte Helmstedt-Staßfur-ter-Struktur und andererseits die Lappwaldmulde mit ihrem mesozoischen Festgestein bedeutend. In der östlichen Randsenke (Ostmulde) befindet sich das Tagebaurestloch Wulfersdorf. Durch die Lappwaldmulde erfolgt die östliche Begrenzung der Ostmulde, an der durch zahlreiche streichen-de Störungen die Gesteine des Keuper gegen die des Jura versetzt sind. Die Abbildung 5.17 zeigt die Schichtenfolgen und die Grundwasserleiter-bezeichnungen im geologischen Normalprofil.

TertiärIn der Zeit des Tertiärs war das Gebiet um Helm-stedt Bestandteil einer weiträumigen Küsten-ebene, in der sich wiederholt Küstenmoore aus Mangroven und Coniferen gebildet haben. Durch diese Bereiche wurden Sande und Tone aus dem südlichen Gebiet in das Meer mit seiner wech-selnden Küstenlinie transportiert. Dies führte dazu, dass sich heute lateral auf wenigen Kilo-metern vertikal Braunkohlen, fluviatile Sande und Tone, marine Sedimente und Meeressande verzahnen (Lietzow und Ritzkowski 1996). Im Rahmen des Abbaus der Kohlenflöze entstanden anthropogene Bergbaukippenbereiche.

Im Bereich von Wulfersdorf sind die tieferen Grundwasserleiter der Unterflözgruppe durch den Glimmerton weitestgehend hydraulisch ge-trennt. Der aus dem Unteren Grünsand und den darüber lagernden Heidberg-Kiessanden be-stehende GWL 4 bildet den relevanten Liegend-grundwasserleiter. Die Zwischenmittelsande zwischen den Flözen I und III bilden den Grund-wasserleiter 3.

Mit den Tagebauen Wulfersdorf und Helm-stedt ist in der östlichen Randsenke die Schich-tenfolge Helmstedt-Formation und der sie über-lagernden obereozänen Annenberg-, Silberberg- bis einschließlich der unteroligozänen Gehlberg-formation mit dem Grundwasserleiter 2 aufge-schlossen (Lietzow 2000).

QuartärDie größten quartären Mächtigkeiten im nörd-lichen Untersuchungsgebiet sind auf der Anti-kline und nördlich Emmerstedt in der östlichen Randsenke nachgewiesen worden. Sowohl die Gletscher der Elster- als auch der Saalekaltzeit erreichten das Gebiet um Helmstedt. Im Bereich des ehemaligen Tagebau Wulfersdorf sind weich-selzeitliche Lößdecken auf einer quartären Hoch-fläche überliefert worden.

5.3 Hydrogeochemische Genese von Bergbaufolgeseen

Viele der Bergbaufolgeseen des Lausitzer und Mitteldeutschen Braunkohlenbergbaus sind in der Entstehungsphase sauer. Das tertiäre Deck-gebirge enthält die Eisendisulfide Pyrit und Mar-kasit (FeS2). Die Eisendisulfide sind unter Luft-abschluss, im anoxischen geochemischen Milieu, stabil. Beim Kontakt mit Luftsauerstoff und Was-ser vewittern Eisensulfide jedoch. Der erste Kon-takt der tertiären Sedimente mit Luftsauerstoff erfolgt bereits während der Grundwasserabsen-kung im Vorfeld des Braunkohlentagebaus. Eine zweite, intensive Belüftung des Gebirges findet bei der Abbaggerung, dem Transport und der Verkippung der Abraummassen statt. Eine dritte Phase der Belüftung erfolgt während der Liege-zeit der offenen Kippen. Der Sauerstoffeintrag erfolgt hier durch Diffusion von der Oberfläche. Die Pyritverwitterung in der Kippe findet erst ihren Abschluss mit dem Grundwasseranstieg und dem damit unterbundenem Sauerstoffzutritt.

Der Säure-Basen-Zustand eines Wasserkör-pers wird durch den pH-Wert und durch die Aci-dität-Alkalinität Aci = -Alk (in mol Aci bzw. mol Alk) gekennzeichnet. Das dominierende Anion in sauren Bergbaufolgeseen ist Sulfat. Die Kon-zentration der H+ -Protonen bestimmt dabei den pH-Wert und die Konzentration der Anionen be-stimmt die alkalische Pufferung des betrachteten Wassers. Die sauren Seen setzen sich zu etwa 50 bis 75 % aus den basischen Kationen Calcium, Magnesium, Natrium und Kalium sowie zu etwa 25 bis 50 % aus Wasserstoffionen und den hyd-

F.-C. Benthaus et al.

Page 25: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

289

Abb. 5.17 Normalprofil Helmstedt/Wulfersdorf (Lietzow 2000)

Süpplingen-Formationmax. 180 m

Schöningen-Formationmax. 170 m

Tgb. WulfersdorfFlöz III

Flöz II

Flöz I

Flöz IuFlöz 6

Flöz 4

Flöz 5

Flöz 3

Flöz 2

Flöz 1Tgb. Helmstedt

Hel

mst

edt-F

orm

atio

n

Annenberg-Formation

Gehlberg-Formation

Silberberg-Formation

Rupelton-Formation(nur in Subrosionssenken

auf dem Mittelsattel erhalten)

GWL 1/Kippe

MGWL 1/Kippe:

MGWL 1+2

Grund-wasser-leiter

Modell-grund-wasser-leiter

GWL 2 MGWL 3

MGWL 4

MGWL 5

GWL 3

GWL 4(o)

GWL 4(u) MGWL 6

MGWL 7

GWL 5

Lute

tYp

res

Than

et

Palä

ozän

Palä

ogen

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tiär

Eozä

nO

ligoz

änQ

uart

är

Prätertiär/Präpaläogen

Glimmerton

Emmerstedt- Formation mitEmmerstedter Grünsand und

Heidberg-Kiessande

Sedimentgeol. Zeit(System/

Stufe)Schichtbezeichnungen

LIETZOW 2000

Die Schichtenfolgen und Grundwasserleiterim Helmstedter Raum

Tage

bau

Wul

fers

dorf

/Hel

mst

edt

Obe

rflö

zgru

ppe

unte

rer

Grü

nsan

dO

bere

r Grü

nsan

d/m

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ecks

chic

hten

Unt

erflö

zgru

ppe

Modellbasis

Sand/Kies

Legende:

Sand, glaukonitisch

Ton/Schluff

Kohle

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 26: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

290

rolytisch reagierenden Kationen Eisen(III) und Aluminium zusammen.

Die Häufigkeitsverteilung der pH-Werte von 159 Bergbaufolgeseen in Abbildung 5.18 zeigt, dass sich etwa 30 % aller Bergbaufolgeseen im Eisenpufferbereich zwischen pH = 2,5 und 3,5, etwa 7 % aller Seen im Aluminiumpufferbereich zwischen pH = 4,0 und 5,5 und 60 % aller Seen im Hydrogencarbonatpufferbereich zwischen pH = 6,0 und 8,5 befinden (Nixdorf et al. 2001).

5.3.1 Hydrochemische Prozesse in Kippen

In der oberflächennahen Oxidationszone der Abraumkippen entstehen unter Sauerstoffüber-schuss mobile und immobile Eisen(III)verbin-dungen sowie freie Schwefelsäure (Gl. (5.1) und Gl. (5.2) in Tabelle 5.9). Die Schwefelsäure ver-ringert den pH-Wert bis in Bereiche unter pH 3.

Unter Luftabschluß dient das Eisen(III) als Oxi-dationsmittel, bis es vollständig aufgebraucht ist. Mit dem Verbrauch des dreiwertigen Eisens kommt die Pyritverwitterung zum Erliegen. Im anoxischen Milieu tiefer Kippenbereiche liegt der pH-Wert bei pH ≈ 4 bis 6. Dieser Prozeß läßt sich stöchiometrisch als Pyritverwitterung mit anoxischem Finale darstellen (Gl. (5.3) und Gl. (5.4) in Tab. 5.9). Da Eisen(II) gut löslich ist, reichert es sich im Kippengrundwasser an.

Durch die starken Säuren in der Oxidations-zone werden weitere Minerale gelöst. Besondere Bedeutung für die Pufferung des Kippengrund-wassers haben die Carbonat- und Silikatverwit-terung (Tab. 5.10). Die Carbonatverwitterung spielt dann eine Rolle, wenn kalkhaltige pleisto-zäne Sedimente (z. B. Geschiebemergel) mit ver-kippt werden. Dadurch wird ein Teil der Säuren gepuffert. In den oberflächennahen belüfteten Kippenbereichen entstehen Substrate mit hohen Anteilen löslicher Calcium-, Eisen- und Alumi-niumsulfate (Uhlmann et al. 1998). Die Eluate der Substrate aus der Oxidationszone sind meist stark sauer. Beim Kontakt des Seewassers mit diesen Substraten werden die leicht löslichen Stoffe, z. B. Aluminium, in die Bergbaufolgeseen ausgetragen.

Unter anoxischen Bedingungen entstehen deutlich weniger freie Säuren. Der pH-Wert an-aerober Kippengrundwässer liegt deshalb meist im schwach sauren Bereich bei pH = 5,0 bis pH = 6,5. Da die Kohlensäure aus der Carbonat-verwitterung (Gl. (5.7) in Tab. 5.10) nicht ent-weichen kann, stellt sich in den Kippen meist ein hoher CO2-Partialdruck ein. In den unbelüf-teten Kippenbereichen entsteht ein hoch minera-lisiertes Grundwasser, das mit Sulfat, Eisen(II),

Abb. 5.18 Häufigkeitsverteilung der pH-Werte von 159 Bergbaufolgeseen in Deutschland (Nixdorf et al. 2001)

Tab. 5.9 Pyrit- und Markasitverwitterung in KippenProzess Reaktionsgleichung pH Gl.Pyritverwitterungmit oxischem Finale

FeS2 + 154 O2 + 1

2 H2O → Fe3+ ↓ +2SO2−4 + H+ < 3,5 (5.1)

FeS2 + 154 O2 + 7

2 H2O → Fe(OH)3 ↓ +2SO2−4 + 4H+ > 3,5 (5.2)

Pyritverwitterung mitanoxischem Finale

FeS2 + 72 O2 + H2O → Fe2+ + 2SO2−

4 + 2H+ (5.3)

FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O → 15Fe2+ + 2SO2−4 + 16H+ (5.4)

F.-C. Benthaus et al.

Page 27: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

291

Calcium und Kohlensäure angereichert ist. Der pH-Wert eines anoxischen Kippengrundwasser ist jedoch kein Maß für die Versauerung. Die potentielle Versauerungsneigung eines anaero-ben Kippengrundwassers bei Belüftung kann aus der Differenz der moläquivalenten Konzentratio-nen von Eisen(II) und Hydrogencarbonat bzw. der Alkalinität wie folgt geschätzt werden:

Aci ox ≈ 2 · [Fe2+] − KS4,3 [mmol/L] (5.9)

Die Versauerungsneigung wird als potentielle Acidität des Kippengrundwassers (Aciox) be-zeichnet und mit dem Kürzel „ox“ (für voll-ständig oxidiert) gekennzeichnet. Die potentiel-le Acidität kann aus Analysenergebnissen nach Gleichung (5.9), mit hydrogeochemischen Mo-dellen (s. Abschn. 5.7) oder durch einen geeig-neten oxidativen Aufschluss, z. B. mit Wasser-stoffperoxid, ermittelt werden. Die letzten beiden Methoden liefern auch den pH-Wert (pHox) des belüfteten Kippengrundwassers.

5.3.2 Eintragspfade in sauren Berg-baufolgeseen

In der juvenilen Entwicklungsphase der Berg-baufolgeseen sind zwei Quellen maßgebend für die Stoffeinträge: der Zutritt von mineralisier-tem Grundwasser, insbesondere aus den Kippen, sowie die Erosion und Auswaschung der Bö-schungen (Abb. 5.19).

Beim Übertritt des anoxischen Grundwas-sers aus der unbelüfteten Kippe in den belüfte-ten Bergbaufolgesee wird das zweiwertige Eisen zu dreiwertigem Eisen oxidiert (Gl. (5.10) in

Tab. 5.11). Das Eisen(III) hydrolysiert durch die Reaktion mit Wasser (Gl. (5.11) in Tab. 5.11). Diese Hydrolysereaktionen sind die säurebilden-den Prozesse. Die Gesamtreaktion der Eisen(II)oxidation und Eisen(III)hydrolyse führt zur Bil-dung freier Wasserstoffionen und ist der maßge-bende Versauerungsprozess in den Bergbaufolg-eseen des Braunkohlenbergbaus (Gl. (5.12) in Tab. 5.11).

Die Bildung von Eisen(III)hydroxid (z. B. Fer-rihydrit) nach Gl. (5.12) gilt nur unter schwach sauren bis alkalischen Bedingungen und in ge-ring mineralisierten Wässern. Bei niedrigen pH-Werten bilden sich Eisenoxihydroxy- oder Eisen-hydroxysulfate. In stark sauren Bergbauwässern ist vor allem die Bildung von Schwertmannit (Gl. (5.14)) und Jarosit (Gl. (5.14)) bekannt (Big-ham et al. 1996, Abb. 5.20). Mit dem Jarosit und Schwertmannit wird zunächst ein Teil des Sulfa-tes und damit der Säuren gebunden. Diese Mi-nerale sind jedoch instabil und wandeln sich bei veränderten hydrochemischen Bedingungen in einfache Eisenoxidhydrate und Eisenoxide um. Bei steigendem pH Wert werden das Sulfat und die Säure wieder freigesetzt.

Die Tagebauböschungen sind zu Beginn der Flutung überwiegend steil und unbewachsen. Während des Grundwasseranstiegs und der Flu-tung finden durch Niederschlags- und Wellen-erosion Massenumlagerungen statt. Durch die Böschungserosion und Böschungsumbildungen werden Bereiche der Oxidationszone erfasst. Dabei werden die leicht löslichen Stoffe aus-gewaschen und ins Seewasser eingetragen. Auf diesem Weg gelangt gelöstes Aluminium in die Seen. Das Aluminium(III)ion hydrolysiert und setzt dabei Säuren frei:

Tab. 5.10 Pufferreaktionen in KippenProzess Reaktionsgleichung pH Gl.Silikatverwitterung NaAlSi3O8 + 3H2O + 4H+ → Na3+ + Al3 + 3H4SiO0

4 < 5 (5.5)

NaAlSi3O8 + 7H2O + H+ → Na+ + Al(OH)3 + 3H4SiO04 > 5 (5.6)

Karbonatverwitterung CaCO3 + 2H+ → Ca2+ + H2CO3 < 6,5 (5.7)

CaCO3 + H+ → Ca2+ + HCO−3 > 6,5 (5.8)

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 28: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

292

A H O A OH H21 3 1 333

+ ++ → ( ) ↓ + (5.16)

Verfügt das Kippenmaterial über eine ausreichen-de Menge an säurepuffernden Mineralen, z. B. an Karbonaten (Calcit) aus pleistozänen Geschiebe-mergeln, kann sich beim Grundwasseraufgang auch ein neutraler Bergbaufolgesee entwickeln. Die bei der Eisen(III)- und Aluminiumhydrolyse frei gesetzten Wasserstoffionen können anteilig

Tab. 5.11 Eisenoxidation, Eisenhydrolyse und EisenfällungOxidation Gl.

Fe2+ + H+ + 14 O2 → Fe3+ + 1

2 H2O (5.10)

Hydrolyse

Fe3+ + H2O → FeOH2+ + H+

FeOH2+ + H2O → Fe(OH)+2 + H+

Fe(OH)+2 + H2O → Fe(OH)03 + H+

(5.11)

Gesamtreaktion der Eisenoxidation und –hydrolyse

Fe2+ + 14 O2 + 5

2 H2O → Fe(OH)3 ↓ 2H+ (5.12)

Fällung Ferrihydrit (pH > 3,5):Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3 ↓ +3H+ (5.13)Fällung Schwertmannit (2,8 > pH > 3,5):8Fe SO H O Fe O OH SO H2 8 8

3 2

4 6 4 4 1 21 2 14 12 20 22+ −+ ( ) + ( ) → ( ) ( ) ↓ + ( )… … …… …

++ (5.14)Fällung Jarosit (pH < 2,8):3Fe +2SO 6H O HFe SO OH H3+

2 3 42

4 2 6− ++ → ( ) ( ) ↓ + 5 (5.15)

durch das Hydrogencarbonat des Kippenwassers gepuffert werden:

HCO H H CO2 3 aq− +

( )+ →3 (5.17)

Im Unterschied hierzu sind die natürlichen eis-zeitlichen Seen deutlich niedriger mineralisiert. Sie befinden sich meistens im Kalk-Kohlensäu-re-Gleichgewicht mit Hydrogencarbonat als do-minierendem Anion.

Abb. 5.19 Stoffeinträge und chemische Prozesse in sauren Bergbaufolgeseen (Prinzipskizze)

FeOOH

32OFe

AnoxischesKippen-grundwasser

Oxischverwitterte

Böschungs-bereiche

Autochthones Sediment

++ +→+ H3)OH(FeOH3Fe 323

Eisen(III)hydrolyse

+←++ OH3)OH(AlH3 23Aluminiumhydrolyse

Entgasung

CO2

3)OH(Al

Aluminium-fällung

3)OH(Al

Aluminium-fällung

3)OH(Fe

Eisen-fällung

3)OH(Fe

Eisen-fällung Mitfällung

PMitfällung

P

Eisen(II)oxidation

O2

OHFeHO 2213

241 +→++ ++

Belüftung Entgasung

CO2

223 COOHHHCO +→+ +−

H2CO3HCO3

-

SO42-

Fe2+

NH4+

2CO

SO42-

NH4+

+2Fe

Al3+

+3Al

SchwertmannitOnH)SO()OH(OFe 224688 ⋅

CCorg Alterung

F.-C. Benthaus et al.

Page 29: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

293

Die wesentlichen säuregenerierenden Stoff-einträge in Bergbaufolgeseen finden folglich mit dem Grundwasser in Form von Eisen(II) sowie durch Erosion und Auswaschung der Böschungen in Form von freien Säuren und Aluminium statt. Das mit dem Grundwasser in die Bergbaufolge-seen eingetragene Hydrogencarbonat entweicht durch physikalische und chemische Prozesse. Aus diesem Grund enthalten saure Bergbaufolg-eseen nur sehr wenig anorganischen Kohlenstoff. Das kann zu einer C-Limitierung der biologi-schen Primärproduktion führen. Durch Mitfäl-lung der Phosphate an Eisen- und Aluminiumhy-droxiden sind juvenile Bergbaufolgeseen meist in einem oligotrophen Zustand (s. Abschn. 5.10).

Die relative Bedeutung einzelner Quellen der Stoffeinträge verändert sich im Laufe der

Entwicklung eines Bergbaufolgesees von der leeren Hohlform über die Flutung bis zur Be-wirtschaftung (Tab. 5.12). Anfänglich führt die Niederschlagserosion auf den steilen und offen liegenden Böschungen zu hohen Stoffeinträgen. Nach Außerbetriebnahme der Sümpfung drängt potentiell saures Grundwasser aus der nahen Umgebung des Tagebaus in die Hohlform. Der Eigenaufgang des Grundwassers wird häufig von Böschungsumbildungen begleitet, die verwitterte Kippensubstrate in die Bergbaufolgeseen eintra-gen (Tab. 5.12). In der Phase der Fremdflutung dominieren die Stoffeinträge mit dem Flutungs-wasser. Mit der Herausbildung eines freien Was-serspiegels beeinflusst die Wellenerosion die Stoffeinträge. Eine zügige Flutung drängt das Seewasser in die Grundwasserleiter und mindert

Abb. 5.20 Stabilitätsbe-reiche der Eisenminerale Ferrihydrit, Schwertmannit und H-Jarosit im pH-pe-Diagramm des Eisens (schematisch)

pH

Fe2+

Jarosit: (H,K,Na)Fe3(SO4)(OH)6·nH2OSchwertmannit: Fe8O8(OH)8-2x(SO4)x·nH2O

2 4 61 3 5 72 4 6

pe

+20

0

+ 5

+ 10

+ 15Fe3+

Fe(OH)3

0

+200

+400

+600

+800

+1.000

Eh [mV]

Eisenhydroxid (Ferrihydrit)

Tab. 5.12 Relative Bedeutung der Stoffeinträge in Bergbaufolgeseen während ihrer Entwicklungsphasen

Flutungs-wasser

Speicherbewirtschaftung

Gefüllter Tagebausee

Windwellen-erosion

Niederschlags-erosion

Grundwasser Rutschungen

Flutungsunterbrechung

Fremdflutung

„Reifer“Tagebausee

Grundwasseraufgang

Leere Hohlform

ElutiondurchStauspiegel-

schwankungen

Entwicklungsphasedes Tagebausees

Flutungs-wasser

Speicherbewirtschaftung

Gefüllter Bergbaufolgesee

Windwellen-erosion

Niederschlags-erosion

Grundwasser Rutschungen

Flutungsunterbrechung

Fremdflutung

„Reifer“Bergbaufolgesee

Grundwasseraufgang

Leere Hohlform

ElutiondurchStauspiegel-

schwankungen

Entwicklungsphasedes Bergbaufolgesee

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 30: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

294

den Zustrom sauren Grundwassers. Flutungs-unterbrechungen erhöhen die Möglichkeiten von Böschungsumbildung und verstärken den Grundwasserzufluss in den See. In diesen Phasen erfahren viele Seen eine Wiederversauerung (s. Abschn. 5.9). In einem gefüllten Bergbaufolge-see stabilisieren sich die Böschungen durch aus-geglichene Druckverhältnisse. Der Anteil der Erosion an den Stoffeinträgen geht zurück. Die Grundwasserströme dominieren die Stoffein-träge. In den ersten Phasen der Speicherbewirt-schaftung eines jungen Bergbaufolgesees führen die Stauspiegelschwankungen zur Auswaschung der wechselfeuchten Uferbereiche. Diese Pro-zesse werden mit der Zeit deutlich gedämpft. In einem „reifen“ Bergbaufolgesee gehen die Ein-flüsse des Grundwassers und der Erosion zurück. Ob ein Bergbaufolgesee langfristig zur Versaue-rung tendiert, hängt häufig vom Grundwasserzu-strom ab. Liegt der See im Einflussbereich von potentiell sauren Grundwasserströmen, kann die Versauerung weiterhin anhalten.

5.3.3 Pufferung in sauren Bergbau-folgeseen

Die Pufferung in Bergbaufolgeseen wird als Ge-samtheit der homogenen und heterogenen hy-drogeochemischen Reaktionen verstanden, die einem Anstieg des pH-Wertes entgegenwirken. Für Bergbaufolgeseen sind im Wesentlichen vier Puffersysteme maßgebend. Aufsteigend vom sauren zum neutralen bzw. schwach alkalischen Milieu sind das der Hydrogensulfatpuffer, der Eisenpuffer, der Aluminiumpuffer und der Car-bonatpuffer. Durch die Dissoziation von Hyd-rogensulfat, die Hydrolyse von Eisen(III), die Hydrolyse von Aluminium und schließlich die Dissoziation von Kohlensäure werden neben den messbaren freien Wasserstoffionen weitere Was-serstoffionen freigesetzt. Die Prozesse verzögern die Neutralisation und werden deshalb als Puffer bezeichnet (Abb. 5.21).

In Abbildung 5.21 ist exemplarisch die Titra-tion des stark sauren Seewassers aus dem Rest-loch 111 (Plessa) dargestellt. Bis zu einer Dosis von 3,0 mmol/L NaOH werden überwiegend freie

Wasserstoffionen neutralisiert und Hydrogensul-fationen dissoziiert. Der Anstieg des pH-Wertes erfolgt zunächst nur gering. Es bilden sich nur wenige Ausfällungen. Bei pH = 2,8 beginnt der Eisenpuffer. Zu seiner Überwindung sind kumu-lativ etwa 10,0 mmol/L NaOH erforderlich. Die Ausfällungen haben im konkreten Fall eine gelbe Farbe und sind mineralogisch dem Schwert-mannit verwandt. Etwa zwischen pH = 4,4 und 4,9 wirkt der Aluminiumpuffer, der in Abbil-dung 5.22 (unten) am weißen Niederschlag zu erkennen ist. Er wird erst nach einer kumulativen Dosis von ca. 13,5 mmol/L NaOH überwunden. Erst danach erreicht der pH-Wert des Seewassers den Neutralbereich, in dem unterschiedliche Puf-fer mit geringerer Intensität wirken. Bei hohen pH-Werten wird auch Mangan ausgefällt. Auf-grund der geringen Kohlenstoffgehalte des See-

Abb. 5.21 Pufferkurve und chemische Zusammenset-zung der Ausfällungen bei Titration des sauren Seewas-sers aus Restloch 111 mit Natronlauge (Totsche 2006)

0102030405060708090

100

NaOH [mmol/L]

Aus

fällu

ngen

[mg]

23456789101112

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

pH

Eisen Aluminium ManganSulfat Titrationskurve

Abb. 5.22 Habitus der separierten Ausfällungen bei Ti-tration des sauren Seewassers aus Restloch 111 mit Nat-ronlauge (Totsche 2006)

F.-C. Benthaus et al.

Page 31: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

295

wassers bildet sich bei der chemischen Neutra-lisation zunächst kein Hydrogencarbonatpuffer.

Der Hydrogensulfatpuffer geht auf eine Be-sonderheit der Schwefelsäure zurück. Die zweite Dissoziationsstufe der Schwefelsäure, d. h. die Dissoziation vom Hydrogensulfation zum Sul-fation, hat eine Dissoziationskonstante K = 10−1,9 bzw. pK = 1,9:

HSO H SOpK− = + −← → +4

1 9 2

4,

(5.18)

Bei pH-Wert 1,9 liegen deshalb etwa 50 % der Schwefelionen als Hydrogensulfat und 50 % als Sulfat vor. Bei einem pH-Wert von 2,9 liegen immer noch etwa 9 % der Schwefelionen als Hy-drogensulfat vor. Die Berücksichtigung der Dis-soziation der Schwefelsäure ist deshalb wichtig, weil in sauren Bergbaufolgeseen Sulfat das ein-zige Anion ist und in sehr hohen Konzentrationen vorliegt. Die Acidität des Hydrogensulfats kann in Einzelfällen 20 % der Gesamtacidität betragen. Der Hydrogensulfatpuffer äußert sich darin, das in der ersten Phase der Neutralisation eines ent-sprechend stark sauren Gewässers keine oder nur sehr geringe Ausfällungen stattfinden (Abb. 5.22 links oben). Der relative Anteil des Hydrogen-sulfats an der analytisch nachgewiesenen Sulfat-konzentration kann im Bereich pH-Wert 2 bis pH-Wert 4 nach folgender Gleichung näherungs-weise berechnet werden (LUA 2001):

r pH pH

pH

HSO4− = − ⋅ + ⋅

− ⋅ +

0 036 0 452

1 905 2 678

3 2, ( ) , ( )

, ( ) , (5.19)

Die sauren Bergbaufolgeseen unterscheiden sich quantitativ durch unterschiedliche Anteile der einzelnen Puffer (Abb. 5.22). Entsprechend sind für die Neutralisation saurer Bergbaufolgeseen eine unterschiedliche Menge an Flutungswasser bzw. eine unterschiedliche Menge an Neutrali-sationsmitteln erforderlich. Der Bedarf an Flu-tungswasser oder chemischen Rohstoffen zur Neutralisation des Bergbaufolgesees Lugteich beispielsweise ist, gemessen an der Basenkapa-zität KB8,2, gegenüber dem Bergbaufolgesee Ko-schen mindestens sechsfach und die Schlamm-bildung, gemessen am Eisen, etwa 16-fach höher (Abb. 5.23).

Bei vergleichbarer Acidität in den Bergbau-folgeseen Lugteich und Plessa-Nord ist die Aci-dität unterschiedlich strukturiert. Der deutlich höhere Anteil des Aluminiums im Bergbaufolg-esee Plessa-Nord (40 mg/L) gegenüber Lugteich (7 mg/L) führt hier bei Einsatz von Neutralisa-tionsmitteln zu einer schnelleren Überwindung des Eisenpuffers, aber zu einer deutlich verzöger-ten Überwindung des Aluminiumpuffers. Durch die sehr hohen Aluminiumanteile werden sich die chemische Zusammensetzung, der Habitus, die Dichte und damit die Setzungseigenschaften der Schlämme im Bergbaufolgesee Plessa-Nord von den anderen Bergbaufolgeseen deutlich unter-scheiden (Abb. 5.23).

Die Pufferbereiche saurer Bergbaufolgeseen können aus Titrationskurven abgeleitet werden (Abb. 5.21). Die Neutralisationsgleichungen der einzelnen Puffer sind in Tabelle 5.13 aufgeführt.

Abb. 5.23 Kennzeich-nung der komponenten-spezifischen Acidität in ausgewählten Bergbaufolge-seen der Lausitz

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 32: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

296

5.3.4 Entwicklung der Wasserbeschaf-fenheit bei Fremdflutung

Die Fremdflutung ist das bevorzugte Verfahren zur Neutralisation saurer Bergbaufolgeseen. Der Fremdflutung mit Flusswasser liegen folgende drei fundamentale Wirkungsmechanismen zu-grunde (LUA 2001):• Chemische Kompensation der Acidität durch

Zufuhr von Alkalinität• Verdünnung der Acidität des Seewassers• Verdrängung der Acidität des Grundwassers

in das umgebende Gebirge.Infolge der Verdünnungswirkung des Flutungs-wassers sind die chemischen Pufferplateaus des Seewassers im Unterschied zur Titration mit einer starken Base verändert (s. Abschn. 5.3.3). Der Eisenpufferbereich wird meist frühzeitig über-wunden. Dagegen streckt sich der Aluminium-pufferbereich durch wiederkehrende, erosive Stoffeinträge oft bis zum Erreichen des Zielwas-serspiegels. Die Fremdflutung saurer Bergbau-folgeseen ist mit einigen Problemen konfrontiert. Die Alkalinität eines natürlichen Fließgewässers liegt überwiegend zwischen 0,7 und 1,5 mmol/L. Sie ist gering im Vergleich zur Acidität der meis-ten Bergbaufolgeseen. Der chemische Neut-ralisationseffekt der Fremdflutung ist folglich limitiert. Das Volumen der Bergbaufolgeseen und damit der mögliche Verdünnungseffekt sind ebenfalls begrenzt. Für die meisten Seen ist eine langfristige „Spülung“ mit Flutungswasser, wie sie im Falle des Senftenberger Sees seit fast drei Jahrzehnten praktiziert wird, nicht ohne weiteres möglich. Die Verfügbarkeit der Wasserressour-cen ist begrenzt, insbesondere in der Lausitz. In Trockenperioden muss die Flutung zugunsten anderer Nutzungen häufig völlig eingestellt wer-

den. Das Flutungswasser aus Fließgewässern in Mitteldeutschland weist zudem hohe Nährstoff-konzentrationen (N, P) auf. Die Fremdflutung kann deshalb zu einer unerwünschten Eutrophie-rung führen (s. a. Abschn. 5.4).

In der Abbildung 5.24 ist die hydrochemische Entwicklung ausgewählter Bergbaufolgeseen der Lausitz im Vergleich der hydrochemischen Kennwerte vor Beginn der Flutung und kurz vor Erreichen des Zielwasserstandes dargestellt. Für den früh in Flutung gegangenen Lausitzer Berg-baufolgesee Bärwalde ist die Entwicklung des pH-Wertes und der Alkalinität bzw. Basenkapazi-tät in Abbildung 5.24 dargestellt. Die Abbildun-gen zeigen die Verfügbarkeit des Flutungswas-sers und die daraus folgenden hydrochemischen Effekte auf der pH-Wert und die Säurekapazität.

Durch die Flutung mit hydrochemisch geeig-netem Flusswasser konnte im Bergbaufolgesee Dreiweibern eine vollständige Neutralisation erreicht werden (s. Tab. 5.14). In den Bergbau-folgeseen Gräbendorf und Bärwalde konnte zu-mindest eine deutliche Verringerung der Acidität erzielt werden (Tab. 5.14).

Der Bergbaufolgesee Gräbendorf steht bei einem pH-Wert ≈ 4,5, jedoch niedrigen Eisen- und Aluminiumkonzentrationen kurz vor der vollständigen Neutralisation. Im Bergbaufolg-esee Bärwalde ist der Eisenpuffer noch nicht vollständig überwunden. Der Aluminiumpuffer wurde durch das Flutungswasser bislang nur scheinbar verdünnt. Unter Berücksichtigung des Seevolumens ist der Gesamtgehalt des Alumi-niums im See sogar gestiegen. Ursache sind die erosiven Stoffeintrage aus den verwitterten Bö-schung (s. Abschn. 5.3.2). Die hydrochemische Entwicklung der Seen wird weiter beobachtet. Kann die Neutralität des Seewassers zum Zeit-

Tab. 5.13 Reaktionen bei der Neutralisation mit NatronlaugePuffer Reaktionsgleichung pH Gl.

Freie Wasserstoffionen H+ + NaOH → H2O + Na+ ≈ 2,5…4,0 (5.20)

Hydrogensulfat HSO−4 + NaOH → SO2−

4 + Na+ + H2O ≈ 2,5…4,0 (5.21)

Eisen(III) Fe3+ + 3NaOH → Fe(OH)3+3Na+ ≈ 2,8…3,5 (5.22)

Aluminium Al3+ + 3NaOH → Al(OH)3 + 3Na+ ≈ 4,4…5,2 (5.23)

F.-C. Benthaus et al.

Page 33: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

297

Abb. 5.24 Entwicklung des pH-Wertes und der Säurekapazität während der Fremdflutung im Bärwalder See

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

Jan

96

Jan

97

Jan

98

Jan

99

Jan

00

Jan

01

Jan

02

Jan

03

Jan

04

Jan

05

Jan

06

pH-W

ert

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Flut

ung

[Mio

. m³/M

on

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

Jan

96

Jan

97

Jan

98

Jan

99

Jan

00

Jan

01

Jan

02

Jan

03

Jan

04

Jan

05

Jan

06

Säur

ekap

azitä

t K S

4,3 [

mm

ol/L

]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Flut

ung

[Mio

. m³/M

on

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 34: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

298

Tab. 5.14 Hydrochemische Entwicklung ausgewählter Bergbaufolgeseen der Lausitz durch FremdflutungKennwert Maß-einheit Gräbendorf Dreiweibern BärwaldeFlutung Vor Nach Vor Nach Vor Nach

Mrz 96 Dez 05 Jul 96 Dez 05 Nov 97 Dez 05Morphometrie und Wasserbilanz des BergbaufolgeseesSeevolumen Mio m3 6 87 5 34 9 126Flutung Mio m3 + 100 + 124 + 221GW-Zufluss Mio m3 + 20 + 123 + 53GW-Abfluss Mio m3 − 39 − 212 − 157OW-Abfluss Mio m3 ± 0 − 6 ± 0Hydrochemie des FlutungswassersHerkunft Südumfluter, Spree Kleine Spree Spree, Schulenburgka-

nal, Dürrbacher FließpH 7,2 7,4 7,3KS4,3 mmol/L 1,3 1,2 1,2Sulfat mg/L 180 90 100Hydrochemie des BergbaufolgeseespH-Wert Elektrische 3,4 4,5 2,9 7,2 2,7 3,5Leitfähigkeit µS/cm 1.600 970 1.900 600 2.600 850KB4,3 mmol/L 0,8 0,0 3,0 – 11,0 0,6KS4,3 mmol/L – – – 0,4 – –Sulfat mg/L 750 450 1.000 220 1.600 320TIC mg/L 3 0,7 0,5 5 0,5 1,0Calcium mg/L 220 160 200 70 250 80Magnesium mg/L 25 21 40 15 70 16Eisen mg/L 10 < 1 32 < 1 180 4Aluminium mg/L 5 < 1 4 < 1 28 4Mangan mg/L 2 < 1 15 0,1 7 2

punkt des notwendigen Ausleitens in die Vorflut nicht erreicht werden, muss sie durch chemische Maßnahmen hergestellt werden (s. Abschn. 5.9).

5.4 Limnologie der Bergbaufolge-seen

Die entstehenden Bergbaufolgeseen sind neue Bestandteile der Bergbaufolgelandschaft. Im mit-teldeutschen und Lausitzer Revier wird das vor-mals weitgehend seenlose Land mit einer Viel-zahl von Bergbaufolgeseen landschaftsprägend bereichert (Klapper et al. 2001). Die Großtechnik der 2. Hälfte des 20. Jahrhunderts führte zu den modernen Großtagebauen und in der Folge zu sehr großen Hohlformen. In diesen werden Berg-bauseen wie bei Senftenberg, bei Bitterfeld (Go-itschesee), Leipzig (Cospuden) und im Geiseltal hergestellt. In der Erfassung der Seen Deutsch-

lands (Hemm und Jöhnk 2004) sind 575 Berg-baufolgeseen > 1 ha Fläche angeführt. Von diesen haben 113 eine Oberfläche > 50 ha, davon liegen im Bereich der LMBV 43 in Mitteldeutschland und 46 in der Lausitz. Die Bergbaufolgeseen der beiden Reviere haben zusammen eine Wasser-oberfläche von der halben Größe des Bodensees (260 km2) mit einem Volumen von 4,2 km3.

5.4.1 Hydromorphologische Randbe-dingungen

Die Bergbaufolgeseen sind in Größe und Entste-hungsweise verschieden und weisen sehr unter-schiedliche Beckenmorphologien auf (Schultze et al. 1994). Die Struktur der Bergbaufolgeseen umfasst neben den kleinen Seen mit geringer Tiefe auch große, tiefe Gewässer. Die großen Bergbaufolgeseen (Beispiele: Sedlitz, Skado,

F.-C. Benthaus et al.

Page 35: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

299

Koschen) mit steilen Beckenrändern haben nur gering entwickelte Flachwasserbereiche. Eini-ge Seen weisen komplizierte morphologische Strukturen auf. Tiefe, schmale Einschnitte im Bereich ehemaliger Randschläuche liegen neben flachen Bereichen auf überfluteten Kippenober-flächen und Inseln (Abb. 5.25 und 5.26), die das Litoral stärker entwickeln. Andere Seen bestehen etwa zur Hälfte aus tiefen Becken und flachen Bereichen (Scheibe, Burghammer, Zwenkau, Markkleeberg). Die Flachwasserbereiche sind der Lebensraum der Uferpflanzen. Es gibt eine ausgeprägte Tiefendifferenzierung in tiefe, lange Randschläuche und ausgedehnte flache Bereiche (Nixdorf et al. 2001).

5.4.2 Hydrogeologische Randbedin-gungen

Die hydrogeologischen Rahmenbedingungen sind geprägt durch schwefelsaure und eisenrei-che Grund- und Sickerwässer aus den Abraum-kippen. In der Folge sind einige der mitteldeut-schen und fast alle Lausitzer Bergbaufolgeseen

bei Eigenaufgang mit Grundwasser extrem sauer mit pH-Werten von 2,5 bis 3.

Bei einigen Seen bei Merseburg führen Zu-ströme salzreichen Grundwassers zu einer per-manenten Schichtung der Wassersäule, dort erreicht der Salzgehalt des Tiefenwassers die Meerwasserkonzentration (Boehrer und Schult-ze 2006). Der Moritzteich in Ostbrandenburg ist ein solcher, nur unvollständig vermischter, me-romiktischer Restsee im Muskauer Faltenbogen der Lausitz mit 16 ha Fläche und 17 m maximaler Tiefe. Der See ist permanent geschichtet, da das Tiefenwasser durch hohen Salzgehalt schwe-rer ist als das oberflächennahe Wasser. Die ge-messenen Tiefenprofile (Abb. 5.27) zeigen eine obere Schicht (bis 10 m Tiefe), die in Herbst und Frühjahr (bei 4 °C Wassertemperatur) vom Wind durchmischt wird, aber im Sommer eine Tem-peraturschichtung zeigt (Epilimnion: 0 bis 3 m und Hypolimnion: 4 bis 10 m). Die salzreichere Tiefenschicht unterhalb von 10 m Tiefe ist das dauerhaft stabile Monimolimnion, das nie durch-mischt wird (Boehrer und Schultze 2005). Das Tiefenwasser ist sauerstofffrei (anoxisch) und neutral, die darüber liegende, winddurchmischte

Abb. 5.25 Bergbaufolgesee Schlabendorf im gefluteten Zustand

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 36: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

300

Schicht ist sauerstoffhaltig und schwefelsauer. Die Neutralität des anoxischen Tiefenwassers beruht auf Reduktionsprozessen in der Sediment-Wasser-Kontaktzone, durch die die Schwefelsäu-re mikrobiell abgebaut wird.

Die elektrische. Leitfähigkeit (K25), der Sauerstoffgehalt (mg/l O2), der pH-Wert und der

Temperaturverlauf (T) zeigen bei 3 m Tiefe das Epilimnion an. Bei 10 m Tiefe deutet die Che-mokline auf einen Sprung des Salzgehaltes hin.

Bei einer Flutung mit Fremdwasser aus be-nachbarten, aktiven Tagebauen oder mit Fluss-wasser wird das saure Wasser im Restloch ver-drängt und neutralisiert, so dass der entstehende

Abb. 5.27 Schichtung des Moritzteiches am 26. April 2005

Abb. 5.26 Bergbaufolgeseen Spreetal-Bluno im gefluteten Zustand

F.-C. Benthaus et al.

Page 37: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

301

See einen „normalen“ Wasserchemismus im Neutralbereich aufweist.

Im Verlauf der Flutung des Goitschesees nahe Bitterfeld (Abb. 5.28) mit nährstoffreichem Was-ser aus der Mulde in 1999 sowie durch die Hoch-wasserüberflutung im Jahr 2002 (HW) führten zu einem starken Anstieg des Phosphorgehaltes in den Teilbecken (TB) Mühlbeck, Niemegk und Döbern.

Der 13 km2 große, ursprünglich extrem saure Goitschesee bei Bitterfeld wurde ab Mai 1999 mit Wasser aus der Mulde geflutet. Die drei Teil-becken füllten sich nacheinander, beginnend mit dem Nordbecken Mühlbeck. Das Hochwasser 2002 sorgte für eine unplanmäßige Abschluss-füllung. Der Neutralisationserfolg der Flusswas-serflutung wird maßgeblich durch die Erosion und Elution der anstehenden Gesteine und See-sedimente bestimmt und ist wegen der Wechsel-wirkungen mit den anstehenden säure- und kalk-haltigen Sedimenten der Seebecken nicht sicher prognostizierbar (Uhlmann und Büttcher 2002). Es war mit einer Freisetzung in großem Umfan-ge sowohl von Azidität als auch von Alkalinität zu rechnen. Im Verlauf der Flutung wurde die vollständige Neutralisation nach 20 Monaten bei 64 % des Endvolumens erreicht (Schultze und Geller 2004).

Der Einstrom des nährstoffreichen Flusswas-sers führte zunächst zu einer mäßigen Eutrophie-rung, dann erfolgte eine Selbstreinigung durch seeinterne Prozesse (Abb. 5.28). Das Ergebnis der planmäßigen Flutung vom Mai 1999 bis Juli

2002 war ein nährstoffarmer (oligotropher) See. Der hohe Nährstoffgehalt des Muldewassers wurde durch Eisen- und Aluminiumminerale ausgefällt. Dabei wurden 95 % des eingetragenen Phosphors partikulär gebunden und ins Sediment verfrachtet (Schultze et al. 2002). Der Verlauf wiederholte sich in geringerem Ausmaß mit dem Hochwasser 2002. Nach der Füllung mit nähr-stoffreichem Flusswasser entstand ein nährstoff-armer See mit klarem Wasser. Damit erwies sich die Fremdwasserflutung als ein erfolgreiches Ins-trument zur Herstellung und Neutralisation des vorher extrem sauren Bergbaufolgesees. Durch den Phosphor-Bindungsprozess wird offensicht-lich das Ausmaß der Eutrophierung durch die Pyritverwitterung im Umfeld des betrachteten Bergbaufolgesees verringert – wie die Gegen-überstellung morphologisch vergleichbarer Na-turseen und Bergbaufolgeseen in Abbildung 5.29 zeigt (Hemm und Jöhnk 2004).

Die Verteilung der Phosphorgehalte (TP mg/m3) in natürlichen Seen sowie Bergbaufolgeseen verschiedener Tiefe zeigt die Abbildung 5.29. Deutlich erkennbar ist der geringere Gehalt in den eisen- und schwefelsauren Seen der Berg-baufolgelandschaft.

5.4.3 Limnologische Randbedingun-gen

In den extrem sauren Bergbaufolgeseen leben Mikroorganismen mit besonderen physiologi-

Abb. 5.28 Entwicklung des Phosphorgehalt im Goitschesee (M. Schultze)

TP in

mg/

l

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12TB MühlbeckTB NiemegkTB DöbernMittelwert Mulde

eutroph

mesotroph

oligotroph

1999 2000 2001 2002 2003

HW

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 38: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

302

Ein Risiko für die Flachwasserbereiche von neu gefluteten Bergbaufolgeseen stellt die Ein-wanderung der submersen Wasserpflanze Elo-dea nuttallii (Schmalblättrige Wasserpest) dar (Abb. 5.31) Eine Massenentwicklung im Goit-schesee zeigte (Rönicke et al. 2007) auf. Der von Pflanzen noch nicht besiedelte See war für die Primärbesiedler eine „leere ökologische Nische“ bei anfänglich fehlender Konkurrenz. Durch spä-ter nachfolgende Konkurrenzarten ist nach Ab-lauf der natürlichen Sukzession ein ausgewoge-nes Verhältnis zu erwarten.

5.5 Vorbereitung und Planung was-serwirtschaftlicher Sanierung

Aufbauend auf Konzepten aus den 1980er Jah-ren wurden ab 1990 intensiv Lösungsansätze für eine Rehabilitation des Wasserhaushaltes in den beiden Braunkohlenrevieren entwickelt, die schnell zur Wiederherstellung des Wasserhaus-haltes führen und nachhaltig sind. In den ersten Jahren wurden solche Konzepte von zentralen Einrichtungen wie dem Umweltbundesamt, der Bundesanstalt für Gewässerkunde, den Hoch-schulen in der Region, den Landesministerien und Landesfachbehörden bearbeitet (THA 1994). Parallel dazu wurden umfangreiche Grundlagen-ermittlungen zu umweltpolitischen Zielstellun-gen, Wassermengenbilanzen, Realisierungsmög-lichkeiten und wirtschaftliche Bewertung durch-geführt (LUA 1995).

schen Anpassungen. Das Plankton besteht aus sehr wenigen Arten, die bei guter Nährstoffver-sorgung (Phosphor, Stickstoff, organische Stoffe) auch im extrem sauren Wasser hohe Dichten er-reichen können. So gibt es ein stark vereinfach-tes Nahrungsnetz mit nur 1 bis 2 Algenarten, 1 Ciliaten, wenigen Bakterien, 1 Heliozoon und Wasserinsekten als Endkonsumenten an der Spit-ze der Nahrungskette (Corixiden) (Abb. 5.30) (Lessmann et al. 1999, Wollmann et al. 2000; Woelfl 1998/2001). Das Plankton schwefelsaurer Seen besteht aus Mikroorganismen mit wenigen, physiologisch speziell angepassten Arten.

Abb. 5.29 Phosphorgehalt in natürlichen und Bergbau-folgeseen, ▄ natürliche Seen, + Bergbaufolgeseen (Hemm und Jöhnk 2004)

Abb. 5.30 Plankton schwefelsaurer Seen (Woelfl 2001)

Abb. 5.31 Invasion Wasserpest ( Elodea nuttallii) im Goitschesee

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Page 39: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

303

5.5.1 Vorbereitende Konzepte zur Flutung

Die Struktur und Geochemie der Kippen, deren Einbindung in die gegenwärtigen und zukünf-tigen geohydraulische Bedingungen beeinflus-sen die Gewässerbeschaffenheit nachhaltig. Die Konzepte berücksichtigen die Beschaffenheit der Grundwässer, die Umsatz- und Reaktionsräume in den Bergbaufolgeseen sowie die Qualität der für eine Flutung vorgesehenen Oberflächenge-wässer. Der limnologische Zustand sowie die gegenwärtige und zukünftige Morphologie der Tagbauseen kann durch wasserwirtschaftliche Sanierung teilweise noch beeinflusst werden. Diese Ansätze sind für die Lausitz in der Kom-plexstudie Niederlausitzer Braunkohlenrevier durch die Lausitzer Bergbau AG (LAUBAG 1993) hinterlegt worden.

Die wesentlichen Grundlagen für die wasser-haushaltliche Sanierung der gesamten bergbau-beeinträchtigten Region unter der Zielstellung „Wiederherstellung eines ausgeglichenen sich weitgehend selbst regulierenden Wasserhaus-halts“ wurden im März 1995 von der damaligen LBV erarbeitet. In der Durchführbarkeitsstudie zur Rehabilitation des Wasserhaushaltes der Nie-derlausitz auf der Grundlage vorhandener Lö-sungsansätze (LBV 1995) wurde die inhaltliche Umsetzung der von der Bund/Länder-Arbeits-gruppe „Wasserwirtschaftliche Planung“ ausge-arbeiteten und von der 11. Umweltministerkon-ferenz der neuen Bundesländer am 17./18. März 1994 beschlossenen Grundsätze zur Gestaltung der Bergbaufolgelandschaften dargelegt. Zu die-sem Zeitpunkt lagen bereits die ersten Planungen für Bergbaufolgeseen sowie Zu-, Ab- und Über-leitungssystemen vor. Im Vorwort zur Durchführ-barkeitsstudie für die Niederlausitz wurde die Aufgabe so dargestellt:

Das vorliegende Konzept charakterisiert die plan-mäßigen Flutungen der Tagebaurestlöcher des Lausitzer Reviers zu Recht als Generationenauf-gabe, die weit ins nächste Jahrtausend reicht und mit der weite Teile von Landschaft und Lebens-raum der Lausitz wiederherzustellen und zu gestal-ten sind.

Auf der Grundlage der Flutung der Bergbaufolge-seen mit Wasser aus Oberflächengewässern der Spree und Schwarze Elster wurden in der Studie zunächst die Rahmenbedingungen, Wassermen-genaspekte, Wasserbeschaffenheitsaspekte sowie die Rechtsgrundlagen bewertet. Rechtsgrundla-gen bildeten in der l. Stufe die Raumordnungs-verfahren in Form von Sanierungsrahmen- bzw. Sanierungspläne (SMI 2000).

Dabei wurde deutlich, dass Wassermenge und Wasserbeschaffenheit untrennbar miteinander verbunden sind. Um die erforderliche Gewässer-beschaffenheit im See und die Ausleitkriterien in das Vorflutsystem auch langfristig erreichen zu können, ist Flutungswasser zuzuführen und fall-weise eine Wasserbehandlung durchzuführen. In der Studie wurde erstmals auf die Notwendigkeit der Überleitung von Wasser aus anderen Fluss-einzugsgebieten hingewiesen. Die zur Verfügung stehenden Wassermengen der Flüsse Spree und Schwarze Elster reichen für eine schnelle Flu-tung der Lausitzer Bergbaufolgeseen nicht aus. Es wurden Alternativen einer Überleitung von Wassermengen aus der Elbe und Neiße betrachtet (LMBV 1992). Es konnte der Nachweis geführt werden, dass entsprechende bewirtschaftbare Wassermengen der Neiße mit der notwendigen Beschaffenheit am Pegel Görlitz zur Verfügung standen. Ein Ausgleich durch Sümpfungswas-ser aus dem stromabwärts gelegenen Tagebau Jänschwalde in die Neiße war gegeben.

Im Ergebnis einer gemeinsamen Arbeit regio-naler Ingenieurbüros mit wissenschaftlichen Ein-richtungen wurde das Lausitzer Revier in Maß-nahme Bereiche strukturiert, ein Konzept, das sich bis heute gut bewährt hat. Für diese Maßnah-mebereiche wurden alle wasserwirtschaftlichen und wasserbaulichen Hauptelemente zusammen-gestellt und in ihrer Dimensionierung und zeit-lichen Entwicklung beschrieben. Es wurden um-fangreiche Untersuchungen zur Wasserbeschaf-fenheit in den Restseen sowie zum Grundwasser in den Herkunftsräumen durchgeführt. Die Aus-sagen zur hydrochemischen und limnologischen Entwicklung sind durch erste geohydraulische Modellierungen mit orts- und zeitkonkreten Daten durchgeführt worden. Damit sind erste be-lastbare Aussagen zu den Volumenströmen und

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den Wasserbilanzen ermöglicht worden. Sze-narienrechnungen konnten mit Hilfe von Stoff-mengenbilanzen durchgeführt werden. Im Januar 1996 wurden diese Ergebnisse von der LMBV in der Studie „Erarbeitung von Grobaussagen zur Gewässergüteentwicklung von Bergbaufolge-seen der Lausitz“ (LMBV 1996b) veröffentlicht.

In den Jahren 1994 bis 1995 wurden auch wesentliche Elemente zur umweltgerechten Ge-staltung der Bergbaufolgelandschaft in Mittel-deutschland entwickelt. Im Ergebnis wurde ein wasserwirtschaftliches Sanierungskonzept er-arbeitet, welches die Maßnahmen in den still-gelegten Tagebaubereichen von Golpa Nord, Gröbern, Bitterfeld und Delitzsch Breitenfeld im Norden, Geiseltal, Merseburg, Kayna sowie Wul-fersdorf und Nachterstedt im Westen und Cospu-den, Zwenkau, Espenhain und Witznitz im Süden berücksichtigt. Dieses Konzept wurde im Jahr 1996 von der inzwischen gegründeten LMBV mbH für den mitteldeutschen Raum in der Studie „Rehabilitation des Wasserhaushaltes im Braun-kohlenrevier Mitteldeutschland“ (LMBV 1995) veröffentlicht und der breiten Fachöffentlichkeit zugänglich gemacht.

In dieser Studie wurden alle Aspekte der Her-stellung der Bergbaufolgeseen von der geotech-nischen Sanierung der Tagebaurestlöcher und den Böschungen über die Fremdwasserflutung aus Vorflutern wie z. B. Elster, Mulde und Pleiße sowie Sümpfungswasser des aktiven Bergbaus bis hin zur Planung der Zu-, Ab- und Überlei-tungssysteme aus technischer und rechtlicher Sicht bewertet.

Dieser Prozess wurde in Mitteldeutschland von Anfang an sehr intensiv durch eine Model-lierung der Grundwasserströmungen mit Hilfe der Hydrogeologischen Großraummodelle für die 3 Maßnahme Bereiche Nord, Süd und West begleitet. Mit den Hydrogeologischen Groß-raummodellen konnte die Wirkung der einzelnen Bergbaufolgeseen im unterirdischen Einzugsge-biet komplex erfasst und die Kopplung mehrerer Bergbaufolgeseen zu einer gemeinsamen Ober-flächenwasserbilanz ermöglicht werden. Auch dieses Konzept der LMBV hat sich bis heute bewährt. Mit dem seinerzeit konzipierten Sys-tementwurf für die Flutung auf der Basis der ver-

fügbaren Komponenten des Wasserdargebotes wurde für die 3 Maßnahmebereiche der zeitliche Ablauf der Flutung für verschiedene Szenarien prognostiziert.

Die in den Grundsatzstudien vorgestellten Konzepte für die Flutungsstrategien in der Lau-sitz und in Mitteldeutschland reflektierten den Kenntnisstand bis 1995. Eine ständige Verbesse-rung der Planung, notwendige Änderungen der Planungsziele, die Einarbeitung neuer wissen-schaftlicher Erkenntnisse, die Weiterentwicklung der Flutungstechnologien und nicht zuletzt die Beschaffung der finanziellen Mittel führten not-wendigerweise zu einer ständigen Anpassung des Sanierungs- und Flutungskonzeptes an die realen Verhältnisse.

1996 wurde ein zusammenfassendes „Sanie-rungskonzept der wasserwirtschaftlichen Verhält-nisse in den Bergbaufolgelandschaften der Nie-derlausitz“ von der LMBV vorgestellt (LMBV 1996a). Das dargestellte Sanierungskonzept be-inhaltet die Präzisierung des Konzeptes für den Wassermengenausgleich und die Präzisierung des Flutungs- und Nachsorgekonzeptes unter Be-achtung der sich einstellenden Gewässerbeschaf-fenheit. Die Gewässerbeschaffenheit wird bei den unterschiedlichen Flutungswasserständen in den Bergbaufolgeseen maßgeblich durch das zuströmende saure Grundwasser und die hohen Sulfatfrachten bestimmt. Das Sanierungskonzept im Raum Lauchhammer sieht beispielsweise die Überleitung von ca. 30–40 Mio. m3 Wasser aus dem Südraum zur Flutung des Bergheider See und Weiterleitung zur Schrake vor. Im sächsi-schen Seengebiet ist eine schnelle Flutung durch Zuführung von zusätzlichen Wassermengen aus dem Neißegebiet vorgesehen. Sehr detailliert wurde auch der Planungsstand zu den Wasser-überleitungssystemen Neiße-Spree und Spree-Schwarze Elster dargestellt. Hier waren mit dem Bau der Pumpstationen Steinbach und Spreewitz sowie den dazugehörigen jeweils mehr als 70 km langen Überleitungen für Fördermengen von 2,0 bzw. 2,5 m3/s große wasserbauliche Aufgaben zu lösen.

Die Prognose- und Steuerwerkzeuge für die Flutung und Nachsorge der Bergbaufolgeseen sind in diesen Jahren konzeptionell und plane-

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risch als Teil der wissenschaftlich-technischen Vorbereitung, Begleitung und Erfolgssicherung der wasserwirtschaftlichen Sanierung fortge-schrieben worden. Im Mittelpunkt standen dabei stochastische Bewirtschaftungsmodelle, hydro-geologische Regionalmodelle, Prognosemodelle für die Beschaffenheitsentwicklung in den Berg-baufolgeseen sowie Modelle für die Steuerung und Überwachung der ablaufenden Prozesse (BMBWF 1997).

In der 1997 erschienene Studie „Restlochflu-tung, Gefahrenabwehr, Wiedernutzbarmachung und Normalisierung der wasserwirtschaftlichen Verhältnisse im Lausitzer Revier“ (LMBV 1997a) wurde sehr detailliert die Notwendigkeit der schnellen Fremdflutung zur Gefahrenabwehr dar-gestellt. Durch die wasserwirtschaftliche Sanie-rung wird sowohl die Gefahr von geotechnischen Böschungs- und Geländebrüchen als auch die Bildung von schwefelsauren Folgeseen reduziert.

Eine Reihe von wasserwirtschaftlichen An-lagen konnten frühzeitig errichtet und in Betrieb genommen werden. Die Fertigstellung des ersten Bergbaufolgesee wurde dadurch kurzfristig mög-lich. Die Studien zur Rehabilitation des Wasser-haushaltes in der Lausitz waren auch immer ein wichtiges Elemente der Öffentlichkeitsarbeit der LMBV. Im zunehmenden Maße werden durch die Maßnahmen Kommunen, Zweckverbände, Einrichtungen der Infrastruktur und auch ein-zelne Bürger betroffen, so dass eine breite und umfassende Information über die Maßnahmen für die Akzeptanz der Arbeiten der LMBV un-abdingbar ist.

5.5.2 Konzepte zur Wasserbeschaffen-heit und Nachsorge

Mit zunehmender Flutungsdauer gewannen die Fragen der Gewässerbeschaffenheit und der Nachsorge immer mehr an Bedeutung. Syste-matische Untersuchungen zur Wasserbeschaf-fenheit, zur Limnologie der Bergbaufolgeseen bei Fremdflutung und bei Grundwasserwieder-anstieg ermöglichen es, frühzeitig Strategien zur Sanierung zu entwickeln. Landesplanerische Ziele zur Entwicklung der Bergbaufolgeseen

in Mitteldeutschland sind in den Sanierungs-rahmenplänen (SMI 2000) und regionalen Teil-gebietsentwicklungsplänen vorgegeben. Der Arbeitsstand zur Planung und Realisierung der Flutung der Bergbaufolgeseen wurde in der 1999 erschienenen Studie „Schaffung von Bergbau-folgeseen im Mitteldeutschen Bergbaurevier“ (LMBV 1999a) dargestellt. Besondere Bedeu-tung hat die Darstellung des wissenschaftlichen Niveaus der Sanierungsstrategien und der opti-malen Lösungen für die Seegestaltung und den geplanten Gewässerverbund. In der Studie wur-den alle Bergbaufolgeseen in ihrer bisherigen und zukünftigen Entwicklung dargestellt. Eine geologische und hydrogeologische Übersicht ist die Basis zur Darstellung der Seen in den wasser-wirtschaftlichen Regionen nördlich, westlich und südlich von Leipzig. Die limnologische Entwick-lung wurde an den Bergbaufolgeseen Cospuden, Goitsche, Mücheln und Großkayna intensiv untersucht, um neben der Flutung auch die groß-räumige Belastung durch die Industriebetriebe der Chemieregion um Bitterfeld- Wolfen, Leuna und Böhlen mit dem Einfluss von Alt-Deponien auf die Gewässerbeschaffenheit bewerten zu können (Schultze et al. 2002)

Anknüpfend an die „Grobaussagen zur Ge-wässergüteentwicklung von Bergbaufolgeseen in der Lausitz“ (LMBV 1996b) wurde deutlich, dass neben dem mengenmäßigen Ausgleich des Was-serdefizits die Sicherung der Wasserqualität ein entscheidendes Erfolgskriterium für die bergbau-liche Sanierung sein wird. Untersuchungen im wissenschaftlichen – technischen Projekt „Ge-wässergüte Bergbaufolgeseen der Lausitz“ wur-den in interdisziplinärer Arbeit von Geologen, Hydrologen Geochemikern und Limnologen an der BTU Cottbus geführt. In enger Betrachtung von Grund- und Oberflächenwasser als auch in Wechselwirkung der Wassermenge und Wasser-beschaffenheit konnten Prognosen zur Entwick-lung der Bergbaufolgeseen hergeleitet werden. Die Ergebnisse dieser Prognosen wurden für die Bereiche Spreegebiet Südraum, Schwarze Els-ter und Restlochkette und den Nordraum Seese/Schlabendorf in der Studie Erfassung und Vorher-sage der Gewässergüte in Bergbaufolgeseen der Lausitz als Basis für deren nachhaltige Steuerung

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und Nutzung, (LMBV 1999b) dargestellt. Erste Vorschläge zur Behandlung der Gewässer zur Er-reichung der Zielstellung wurden unterbreitet.

Im Jahr 2001 war die Flutung der Bergbau-folgeseen bereits weit vorangeschritten. Verstärkt standen Beschaffenheitsprobleme im Vorder-grund. Durch den Rückgang der bergbaulichen Wassereinleitung verringert sich das Wasserdar-gebot in der Spree und der Schwarzen Elster und macht die Steuerung der Flutung nach Wasser-menge zunehmend komplizierter. Mit der von den Ländern Brandenburg und Freistaat Sachsen initiierten und der LMBV getragenen Flutungs-zentrale Lausitz wurde ein Organ zur Steuerung der Wasserströme im System bestehender Berg-baufolgeseen (s. Abschn. 5.8) geschaffen. Mit der Flutungszentrale war es fortan möglich, unter Beachtung der vergebenen Nutzungsrechte, öko-logischer Erfordernisse, der Ausleitkriterien aus den Bergbaufolgeseen und der Beschaffenheit des Wasserkörpers das Flutungsgeschehen be-darfsgerecht zu steuern.

Zur praktischen Umsetzung der Aufgaben wurde dazu im Auftrag der LMBV das modell-gestützte Steuerkonzept „Lausitz“ weiter entwi-ckelt und zur Entscheidungsfindung eingesetzt. So entstand das GIS- basierte Bewirtschaftungs-modell ArcGRM Spree/Schwarze Elster und das Steuerungsmodell GRMSTEU. Mit den Pro-grammsystemen ist sowohl eine Steuerung der Wasserverteilung als auch eine Beschaffenheits-bewirtschaftung möglich.

In der Studie „Stand der Restlochflutung an der Jahrtausendwende“ (LMBV 2001) wurde für das Lausitzer Braunkohlenrevier ein Zwischen-stand bei Planung, Bau und Inbetriebnahme von der Zulaufanlage aus der Lausitzer Neiße in den Tagebaufolgesee Berzdorf dokumentiert. Das Wasser wird mittels Seitenentnahme aus der Lau-sitzer Neiße entnommen und fließt über zwei pa-rallele Druckrohrleitungen im freien Gefälle dem See zu. Die Mengensteuerung erfolgt am Ende der Rohrleitungen, die im See auf einem Ponton angeordnet wurden. Durch diese konstruktive Lösung wurde verhindert, dass große dynamische Lasten auf das geotechnisch sensible Böschungs-system eingetragen werden (s. Abschn. 5.8).

Mit der Planung zum Bau von mehreren Ho-rizontalfilterbrunnen in Hoyerswerda wurde eine Maßnahme zum Schutz der Stadt vor den Folgen des Grundwasserwiederanstiegs dokumentiert. Auf Basis der Prognosen zum Grundwasser-wiederanstieg galt es, technische Maßnahmen zur Gefahrenabwehr in den Neubaugebieten in Hoyerswerda zu konzipieren. Im Ergebnis von Variantenrechnungen konnte mit einigen weni-gen Horizontalfilterbrunnen mit sternförmigen Drainagen eine höhengesteuerte Absenkung um-gesetzt werden, die auch langfristig geringe Be-triebskosten erzeugt.

Eine kontinuierliche Fortschreibung des Sys-tementwurfes der wasserwirtschaftlichen Sanie-rung für die einzelnen Flutungsräume umfasste die Planung der wasserwirtschaftlichen Anlagen wie z. B. des Oberen Landgrabens. Der Bau der Zu- und Ableitungsanlagen zu den einzelnen Bergbaufolgeseen als auch die Flutungsanlagen werden dargestellt. Das Gesamtsystem wird unter Mengen- als auch Beschaffenheitsgesichtspunk-ten weiterentwickelt. Maßnahmen zur weiteren Erhöhung der Flutungswasserbereitstellung, der erforderlichen Wasserbehandlung, der Prognose des Grundwasserwiederanstiegs und der modell-gestützten Überwachung von Wasserstand und Gewässerbeschaffenheit in den Bergbaufolge-seen wurden weiterentwickelt. Die Aciditäts- und Sulfatminderung in den Bergbaufolgeseen und in den Grundwasserkörpern im Umfeld der Seen werden wissenschaftlich untersucht und zur Planung vorbereitet.

Arbeiten zur Limnologie und Hydrochemie von sauren Bergbaufolgeseen wurden in den Jahren 1995 bis 2001 umfassend und systema-tisch durch die BTU Cottbus, das DGFZ Dres-den, das UFZ in Halle-Leipzig, das IGB Berlin sowie durch einige Ingenieurbüros geführt. In (LUA 2001) werden Grundlagen der Hydroche-mie sowie Sanierungsmaßnahmen dargestellt. Vergleichende Untersuchungen zu chemischen Neutralisationsmitteln sowie zur Quantifizierung biologischer Prozesse bilden die Grundlage für die Planung weiterer technischer Maßnahmen, um das Sanierungsziel zu erreichen.

In einen Forschungsverbund ist für das Spree-gebiet in den Jahren 1999–2003 ein Instrument

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entwickelt worden, mit dem eine Langfristbewirt-schaftung für Wasserbeschaffenheit und Wasser-menge eines Flussgebietes erarbeitet und den Ländern Sachsen und Brandenburg zur Gewäs-serbewirtschaftung zur Verfügung gestellt wurde. In diesem Projektverbund sind sechs Teilthemen von acht Wissenschaftseinrichtungen bearbeitet worden. In dem projektübergreifenden Schluss-bericht „Untersuchungen zur Gewässerbeschaf-fenheit der Spree“ (PtWT + E 2004a) sind die Ergebnisse zu dem Gütemodell ArcGRM Spree, zu den diffusen Quellen, zur Beeinflussung der Fließstrecke der Spree (GEOS 2003) und zum Spreewald sowie zu Einflüssen der Talsperren und den Bergbaubaufolgeseen dargestellt worden.

Die Flutung der Bergbaufolgeseen ist zuneh-mend an der Beschaffenheit auszurichten. Ziel-zustände für die Bergbaufolgeseen werden durch Landesplanungs- und Raumordnungsverfahren, bergrechtliche Betriebsplanverfahren, Wasser-rechtsverfahren und Umweltschutzverfahren vorgegeben. Sie lassen sich durch eine techno-logische Wasserbehandlung an den Zu- und Ab-läufen der Seen, des Seewasserkörpers selbst und der Grundwasserzuflüsse nachhaltig erreichen. In der Studie „Restlochflutung; Maßnahmen zur Steuerung der Wasserbeschaffenheit in den Berg-baufolgeseen der Lausitz“ (LMBV 2003) wurde dieser Problemkreis zusammenfassend darge-stellt. Die Studie gibt einen guten Überblick über aktive und passive Wasserbehandlungstechnolo-gien, die bereits langjährig erprobt sind bzw. neue innovative Lösungen darstellen. Solche Verfah-ren sind beispielsweise die In-Lake-Behandlung von Bergbaufolgeseen, die elektrochemische Wasserbehandlung oder die mikrobielle Sulfatre-duktion. Die Studie zeigt damit deutlich das hohe Engagement der LMBV bei der Unterstützung von Arbeiten zur Entwicklung anspruchsvoller und nachhaltiger Sanierungslösungen.

Um in der Bergbaufolgelandschaft die techno-logisch und wasserwirtschaftlich sehr komplexen Sanierungsmaßnahmen auch nachhaltig wirken zulassen, musste der Wissenstand systematisch erarbeitet werden. Insbesondere die Verknüpfung zwischen Wasserwirtschaft, Forst- und Landwirt-schaft sowie Geotechnik galt es aufzuzeigen und Wechselwirkungen zu erforschen. Dazu wurden

von 1994 bis 2000 zahlreiche BMBF geförderte Vorhaben durchgeführt, deren Ergebnisse in der Publikation „Wissenschaftliche Begleitung der ostdeutschen Braunkohlesanierung“ dargestellt wurden (LMBV 2000a). Neuartige Ansätze zur Lösung der Versauerungsproblematik als auch zur Limnologie und Fischerei helfen die Berg-baufolgeseen zielgerichtet zu entwickeln.

Im Jahr 2006 erschien für den mitteldeutschen Raum die Studie „Zum Stand der Integration von Bergbaufolgeseen in den Gebietswasserhaushalt von Westsachsen und Ostthüringen“ (LMBV 2006a). In diese Studie wurden die Ergebnisse des Sanierungsbergbaus im Westsächsisch-Thü-ringischen Braunkohlenrevier zwischen 1990 und 2005 umfassend und für die Fachöffent-lichkeit gut verständlich dargestellt. In diesem Revier befinden sich mehr als 20 größere Berg-baufolgeseen im Prozess der Flutung oder sind bereits gefüllt, so dass bereits ausgeprägte Seen-landschaften entstanden sind (Abb. 5.32). Die Studie zeigt eindrucksvoll den erreichten Stand bei der Wiederherstellung eines ausgeglichenen, sich weitgehend selbst regulierenden Wasser-haushaltes für den sächsischen Teil im Nordraum von Leipzig, den Südraum und Ostthüringen und beschreibt den Umfang der erbrachten und noch zu leistenden Arbeiten bei der Herstellung der Bergbaufolgeseen und des Gewässerverbundes. In einem großen Abschnitt der Studie wird der räumliche und zeitliche Verlauf des Grundwas-serwiederanstiegs bewertet. Im Mittelpunkt ste-hen dabei Auswirkungen auf bebaute Gebiete, Vernässungen in Tieflagen, Auswirkungen auf Altlastenverdachtsflächen und mögliche Stoff-einträge in Fließgewässer. Zur Überwachung aller dabei ablaufenden Prozesse wurde von der LMBV ein umfangreiches montanhydrologi-sches Monitoringsystem eingerichtet.

Mit den vorliegenden Studien und Planungs-arbeiten konnte die LMBV, ihre Partner und be-teiligte wissenschaftliche und ingenieurtechni-sche Institutionen die wasserwirtschaftliche Sa-nierung sowohl im Lausitzer als auch im Mittel-deutschen Braunkohlenrevier weiterentwickeln. Durch innovative Konzepte für die zukünftigen Arbeiten, wissenschaftliche Grundlagen und Er-gebnisse konnten Visionen von den wasserwirt-

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schaftlichen Verhältnissen nach Beendigung der Flutung entwickelt werden.

5.6 Hydrogeologische Modellierung

Für die Vorbereitung und Begleitung der wasser-wirtschaftlichen Sanierung sind Aussagen zum Verlauf des Grundwasserwiederanstieges und zum Verlauf der Flutung zu geben. Der raumzeit-liche Wiederanstieg des Grundwasserspiegels ist ebenso wie die Lage des Endwasserspiegels eine wichtige Randbedingung für weiterführende Pla-nungen zur Wasserwirtschaft. Die Berechnung der zeitlichen Entwicklung der Wasserbilanz

muss in der Lage sein, auch die nichtstationäre Grundwasserbewegung zu simulieren. Die Si-mulation der Grundwasserdynamik erfolgt auf der Grundlage von hydrogeologischen Model-len. Im Braunkohlenbergbau der Lausitz und Mitteldeutschlands werden derzeit vorrangig die Software MODFLOW, FEFLOW, PCGEOFIM® verwendet. PCGEOFIM verfügt über Werkzeu-ge, wie zum Beispiel die Berechnung Finiter Volumen oder die Diskretisierung in Lupen, die speziell für die bergbauliche Wasserwirtschaft im Lockergestein entwickelt wurden

Diese seit Ende der 70er Jahre entwickelten Programme haben sich im Praxiseinsatz bewährt (Sames und Boy 1977). Zur Berechnungen der

Abb. 5.32 Seengebiet im Südraum von Leipzig (LMBV 2006a)

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Flutung von Tagebaurestlöchern und der Kopp-lung zu Wasserhaushaltsmodellen wurden diese erweitert. Auf der Basis dieser Berechnungsmo-delle existieren in Mitteldeutschland (Abb. 5.33) und der Lausitz (Abb. 5.34) flächendeckend Grundwasserströmungsmodelle.

Mit diesen kann sowohl die Wassermengen-entwicklung (Wasserstände und Volumenströme) und darauf aufbauend die Wasserbeschaffen-heitsentwicklung der Restseen, im Grundwasser und auch in den Vorflutern erfasst werden.

Mit Hilfe dieser hydrogeologischen Model-le wird der zeitliche Ablauf der Flutung für die unterschiedliche Szenarien prognostiziert. Die dabei zu- und abfließenden Wassermengen in

Grund-und Oberflächenkompartimenten werden bilanziert.

Das Großraummodell in der Lausitz über-streicht eine Fläche von 6.530 km2 (s. Abb. 5.34). Es besteht aus den folgenden Regionalmodellen:• Modell NORD (Kohlenfeld (KF) Seese/

Schlabendorf)• Modell JAEN (KF Jänschwalde)• Modell ERLK (KF Bluno/Spreetal)• Modell SENF (KF Senftenberg)• Modell LAUCH (KF Lauchhammer/Plessa)• Modell LUPLOH (KF Lohsa/Dreiweibern/

Bärwalde/Scheibe/Burghammer/Restloch D/F)• Modell GREIFEN (KF Gräbendorf/Greifen-

hain)

Abb. 5.33 Hydrogeologisches Großraummodell Leipzig-Süd

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• Modell CB-Nord (KF Cottbus Nord)• Modell WELZ (KF Welzow)• Modell NOCHT-REICH (KF Nochten/Reich-

walde)• SCHWAP 12 und HOY.Das Konzept zur Flutung (s. Abschn. 5.5) kann mit Hilfe der angegebenen Grundwassermodel-le berechnet werden. Dies ist auch unabdingbar, da eine ständige Verbesserung der Planung, not-wendig werdende Änderungen der Planungsziele und Zeitabläufe, die Einarbeitung gewonnener wissenschaftlicher Erkenntnisse in die vorhan-denen Grundwassermodelle und nicht zuletzt die weiterführende Optimierung der Flutungstechno-logie immer wieder Veränderungen und eine An-passung der Modelle erfordern.

5.6.1 Hydrogeologische Prognose am Beispiel des Speichers Bärwalde in Ostsachsen

Der Tagebau Bärwalde befindet sich im Westteil der Lagerstätte Bärwalde. Östlich des ausgekohl-ten Bereiches befindet sich die Ortschaft Klitten,

südlich die Ortslage Uhyst sowie im Norden die Ortslagen Bärwalde und Boxberg (Abb. 5.35).

Die vorbergbauliche hydrologische Situation war durch zahlreiche Fischteiche und Vorfluter (u. a. Spree/Schöps) geprägt. Die Grundwasser-fließrichtung verlief in Richtung Nord mit einem durchschnittlichen Gefälle von ca. 0,2 %. Der vorbergbauliche, flurnahe Grundwasserstand lag in großen Bereichen (Flächen Jahmen Ausbau- Syterteich- Kaschel- Jahmen- Klitten- Dürrbach- Kringelsdorf) zwischen 0 bis 2 m unter Gelände. In diesen Bereichen befanden sich auch zahlrei-che Moor- und Torfvorkommen.

Die Hydrogeologische Berechnung war auf der Basis der „Richtlinie des Sächsischen Ober-bergamtes über die geotechnische Sicherheit im Bergbau über Tage“ (RiLi Geo 2005) für den Ta-gebau Bärwalde anzufertigen.

Die vorzulegende Berechnung hat eine ein-heitliche und umfassende Darstellung und Be-wertung des Grundwasserwiederanstiegs zum Inhalt und beschreibt den zeitlichen und räum-lichen Verlauf. Die damit verbundenen Aus-wirkungen auf das Bearbeitungsgebiet infolge des veränderlichen Flutungsregimes im Bereich

Abb. 5.34 Grundwasserströmungsmodelle in der Lausitz

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des Bärwalder Sees (Bergbaufolgesees) wer-den durch eine Überarbeitung der vorliegenden Hydrogeologischen Berechnung unter Berück-sichtigung von angepassten Randbedingungen (Flutungsannahmen und Vorflut) und der aktu-ellen See- und Grundwasserstandsentwicklung dargestellt.

Die Modellierung der Grundwasserströmung im Bereich des Bearbeitungsgebietes erfolgte auf der Basis eines zweidimensionalen – horizontal-mehrschichtigen Strömungsmodells PCGEO-FIM® (Programme für Computation of GEOFIl-tration und Geo-Migration). PCGEOFIM erfasst den unterirdischen Strömungsraum in der Form finiter Volumina (Elemente) und hier mit einem Modellraster mit Größen bis zu (67,5 × 67,5) m im Lupenbereich des Bearbeitungsgebietes von 600 km2. Inzwischen wurden im Modell 16 Lupen (Abb. 5.36) zur besseren Erfassung des Strömungsraumes eingebaut. Das vorhan-dene Grundwasserleitermodell besteht somit aus 16.806 finiten Elementen.

Zur Simulation der Grundwasserströmung wurden zwei Modellgrundwasserleiter, je einer im Hangenden und einer im Liegenden des zwei-ten Lausitzer Flözes, mit bis zu drei Schichten verwendet. Vorhandene Kopplungen der Grund-wasserleiter wurden bei der Modellierung im Be-reich der pleistozänen Auswaschungsrinnen be-rücksichtigt.

Das Parametermodell enthält Kennwerte, die als örtliche Werte auf der Basis der Erkun-dungsdaten in das Modell eingefügt werden. Eine Kennwertermittlung von gekippten Böden und dessen Wirkung im Strömungsraum ist fall-weise durch Pumpversuche möglich (Abb. 5.37). Diese Pumpversuche in den Kippen ermöglichen Erkenntnisse über die wasserleitenden und spei-chernden Eigenschaften der Kippenböden sowie auch die Ausdehnung der Grundwasserleiter (GWL) und seine hydraulischen Grenzen.

Auf dieser Grundlage können alle Modell-grundwasserleiter (GWL) und repräsentativen

Abb. 5.35 Übersicht zum Tagebaues Bärwalde im südöstlichen Kohlenfelderkomplex

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Abb. 5.37 Pumpversuch zur Kennwertermittlung

Abb. 5.36 Modellfläche mit Bearbeitungsgebieten (Lupen)

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Durchlässigkeitsbeiwerte ( kf) in das Normalpro-fil eingeordnet werden (Abb. 5.38)

Bei der Berechnung wird eine ortsabhän-gige Grundwasserneubildung (VN) berück-sichtigt, die aber unabhängig vom Flurabstand und von der Zeit ist. Die Werte dieser mittleren Grundwasserneubildung liegen zwischen 2,5 bis 12 × 10−9 m/s.

Ein besonderes Kennzeichen der Bergbau-folgelandschaften sind die entstehenden Berg-baufolgeseen und Teiche. Für die korrekte Berücksichtigung ihres Einflusses auf den Grundwasserstand wurde im Programmsystem PCGEOFIM der Subprocessor GEOMINE ent-wickelt. Dieser ermöglicht nach einer Digitalisie-rung der Seen- (Abb. 5.39) bzw. Teichsohle auch eine exakte Erfassung dieser Gewässer in der Berechnung. Der Bergbaufolgesee weist eine Wasserlamelle zwischen 123 bis 125 mNHN und einen Betriebsstauraum bis 25,5 Mio. m3 auf. Die Wasserfläche erreicht dadurch eine Ausdehnung zwischen 12,5 bis 13,0 km2 und das Wasservo-lumen beträgt bei einer maximalen Tiefe von 47 m 173 Mio. m3.

Zur Berücksichtigung der Wasserhaushalts-größen Zustrom, Abstrom etc. im Bereich der Seen sind Klimaeingangsdaten wie Niederschlag und Verdunstung (potentielle Verdunstung, Ver-dunstungsverluste stehender Gewässer) erforder-lich.

Die Anfangsbedingungen legen darüber hin-aus den Zustand des Strömungsfeldes zum Zeit-punkt T0 = 0 für den noch nichtstationären Strö-mungsfall fest. Im vorliegenden Fall wurde das Modell zum Zeitpunkt T0 = 01.01.1997 gestartet.

Im Modell werden darüber hinaus äußere Randbedingungen am Modellrand und innere Randbedingungen (u. a. Vorflut, Seen und Tei-che, Filterbrunnen, Hausbrunnen, Wasserwerks-brunnen) im Strömungsfeld bestimmt (Winkler 2004).

Die Berechnungsergebnisse stellen Monats-mittelwerte dar und spiegeln die Annahmen der Flutungskonzeption voraus. Der Einfluss der Vorflut für den Hochwasser- und Niedrigwasser-fall bleiben in der Bearbeitung unberücksichtigt. Aus den angeführten Gründen sind Abweichun-gen zu den prognostischen Aussagen insbeson-

Abb. 5.38 Normalprofil des Tagebaus Bärwalde

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dere beim zeitlichen Verlauf des Grundwasser-anstieges und bei der Nachsorge im Vergleich zu den Aussagen der Berechnung möglich. Im Er-gebnis der Rechnung wird unter den Annahmen der weiteren Flutung der maximale Seewasser-stand von 125 mNHN Mitte 2008 erreicht wer-den. Nach 2014 wird der Restsee Bärwalde, unter Einhaltung der angenommenen Flutungsbedin-gungen, in der Größenordnung bis 0,2 m3/s im Winterhalbjahr abflusswirksam. Zur Beschrei-bung des räumlichen und auch zeitlichen Grund-wasserwiederanstiegs und einer erforderlichen Kontrolle wurden ihrer Bedeutung entsprechend Repräsentativpegel (Abb. 5.40) für das Bearbei-tungsgebiet vorgegeben und ausgewertet.

Bis zum Erreichen des stationären Endzustan-des werden für die Überwachung des Grundwas-sers etwa 520 Messstellen erhalten werden. In der Anfangsphase der Flutung wurden im Hangen-den die Grundwassermessstellen in den unmit-telbaren Randbereichen des Speichers Bärwalde vierzehntägig, im Umkreis bis ca. 2 km monat-lich und darüber hinaus halbjährlich gemessen.

Der zeitliche Verlauf des Grundwasserwie-deranstiegs im Bereich des Absenkungstrich-ters hängt wesentlich vom Flutungskonzept des Bergbaufolgesees ab. Im tagebaufernen Raum werden sich die vorbergbaulichen Verhältnisse wieder einstellen, im tagebaunahen Raum unter-liegen die Grundwasserstände den Stauspiegel-schwankungen im See und der veränderten Mor-phologie. Die Grundwassergleichen im Progno-sezustand (Abb. 5.41) zeigen den Einfluss des Bergbaufolgesees im Strömungsraum.

Der Grundwasserstand fällt (Abb. 5.41) von SE nach NW von 134 auf 117 mNHN ein. Die südlichen Bereiche werden durch die Wasser-spiegellage im Bergbaufolgesee Bärwalde abge-senkt. Es sind Flächen, die vorher Torfbildungen aufwiesen, d. h. flurnahe Wasserstände auswie-sen und jetzt entwässert (negative Hydrokataba-sen) werden.

Der Vergleich zum vorbergbaulichen Grund-wasserstand kann durch Hydrokatabasen – Linien gleicher Unterschiede (Abb. 5.42) – dargestellt werden. Negative Werte bedeuten der Definition

Abb. 5.39 Geometrie des Bärwalder Sees im Ergebnis von Lotung und Laserscanning

5465000 5466000 5467000 5468000 5469000 5470000 5471000 5472000

5692000

5693000

5694000

5695000

5696000

75

80

85

90

95

100

105

110

115

120

123

125

130

H min

UferlinieHöhenlage + mNN

H max

F.-C. Benthaus et al.

Page 51: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

315

entsprechend, dass sich der Grundwasserstand tiefer einstellen wird. Die Hydrokatabasen selbst weisen im Süden des Bergbaufolgesees Bärwal-de bis zu drei Meter tiefere (− 3 m) Grundwas-serstände aus. Demzufolge werden auch im vor-bergbaulichen Zustand vorhandene Vernässun-gen in diesen Bereichen nicht wieder auftreten. Dagegen liegen die Endwasserstände im Bereich der Nordwest – Kippe bei + 4 m gegenüber dem vorbergbaulichen Stand. Sie sind durch die Lage des Seewasserspiegels begründet.

Die Hydrokatabasen in einer Größenordnung bis – 2 m im Osten dagegen sind auf zahlreiche wasserbauliche Entwässerungsmaßnahmen (u. a. Schulenburgkanal, Dürrbacher Fließ, Nord-graben, Jahmener Fließ, Kringelsdorfer Teiche, Schloßteich) zurückzuführen. In Summe zeigt der Vergleich der Grundwassergleichen des vor-bergbaulichen Zustandes zum Prognoseendzu-stand, dass sich für die Bebauung und die land-wirtschaftliche und forstwirtschaftliche Tätigkeit insgesamt eine Verbesserung des Zustandes ein-stellen wird. Ehemals vernässte Gebiete werden

in Zukunft weniger unter stauender Nässe zu leiden haben und vormals nicht bewirtschaftete Flächen können genutzt werden.

In der Abbildung 5.43 werden die nachberg-baulichen Grundwasserflurabstände dargestellt. Gefahrenpotentiale können in erster Linie nur dort auftreten, wo die Grundwasserflurabstände im Bereich von 0 bis 2 m unter der Geländeober-fläche liegen. Ebenso sind Vernässungen dort zu erwarten, wo entsprechend der geologischen Verhältnisse größere Sackungen oder Hebungen als Folge des Grundwasserentzuges bzw. des Wiederanstieges zu erwarten sind. Letzteres ist nur im Kippenbereich möglich, da die Bodenbe-wegungen im Gewachsenen nur im Millimeter-bereich liegen.

Flurnahe Grundwasserstände werden darü-ber hinaus im Gewachsen nur dort auftreten, wo schon vor Umgang des Bergbaues ein flurnaher Grundwasserstand beobachtet wurde. Sollen aber im Kippenbereich Baumaßnahmen durch-geführt werden, sind Detailuntersuchungen er-forderlich.

Abb. 5.40 Soll-Ist-Vergleich der Berechnungsergebnisse – Messung

Soll - Ist Vergleich Grundwassermessstelle (Pegel) 100117 Bereich Restsee Bärwalde - Norden

95

100

105

110

115

120

01.01.1997

16.05.1998

28.09.1999

09.02.2001

24.06.2002

06.11.2003

20.03.2005

02.08.2006

15.12.2007

28.04.2009

Grundwasserstand - PrognoseGrundwasserstand - gemessen

+ mNHN

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 52: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

316

5.6.2 Hydrogeologische Prognose für die Grundwasserentwicklung südlich von Leipzig

Die im Süden von Leipzig umgegangenen Tage-baue bewirkten eine erhebliche Grundwasser-absenkung bis maximal ca. 50 m während der letzten 100 Jahre. Da das vom Bergbau gehobene Wasser über oberirdische Ableiter den Vorflu-tern zufloss, hatten diese während der Betriebs-zeit des Bergbaus einen sehr hohen Wasserstand. Auch sind zur Freimachung der Lagerstätten Vor-fluter verlegt worden (wie z. B. die Weiße Elster, die Pleiße, die Gösel und die Wyhra), was in der Regel wegen der begradigten Ufer zu höheren Strömungsgeschwindigkeiten führte. Infolge der

hohen Einleitmengen von Sümpfungswässern waren im Zeitraum des aktiven Bergbaues nur geringe Auswirkungen bemerkbar. Erst mit der allmählichen Verringerung der bergbaulichen Wasserhebung und damit der verringerten Ein-leitung in die Vorfluter infolge der sukzessiven Stilllegung wurden die Auswirkungen bemerk-bar.

Mit der Veränderung der Oberflächengewäs-ser durch Verlegung und Begradigung vollzog sich auch eine Veränderung der Infrastruktur, dem Straßenneubau- und -verlegung, der Wasser- und Energieversorgung usw. Ein Rückbau zur Minimierung des Eingriffes in den Wasserhaus-halt ist vielfach nicht mehr möglich. Außerdem ist durch den Bergbau mit umfangreichen Kip-

Abb. 5.41 Hydroisohypsen im stationären Endzustand

F.-C. Benthaus et al.

Page 53: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

317

penmassiven und Bergbaufolgeseen eine neue Landschaft entstanden.

Ein weiterer Aspekt der bergbaulichen Ge-staltung der Oberflächenwassersysteme ist die Entdichtung der Fließgewässersohlen. Um das Oberflächenwasser nicht in Tagebaunähe wieder zu versickern, ist bei der Verlegung von Flüssen und Bächen in der Regel ein gedichteter Ausbau angewandt worden. Das entspricht nicht dem na-türlichen Zustand, der durch Kommunikation des Oberflächenwassers in Fließgewässern mit dem Grundwasser geprägt ist. Bei dem Ziel der Ent-dichtung der künstlich gestalteten Vorfluter muss auf deren Lage im Grundwassersystem geachtet werden, da die verlegten Profile in ihrer Lage nicht mehr dem „Geländetiefsten“, den Auenbe-reichen, entsprechen. Die Beseitigung bzw. die Aufhebung der Dichtungswirkung setzt somit Grundwassermodellierungen voraus, um dauer-hafte Wirkungen der dann entstehenden Wech-

selbeziehungen zwischen Grund- und Oberflä-chenwasser zu prognostizieren.

Die Entwicklung des Grundwasserstandes ist derzeitig wohl das am meisten interessierende Thema bei Wiederanstieg des Grundwassers in den bergbaulichen Absenkungsgebieten. Damit können bei einem grundwasserflurnahem Grund-wasserstand Konflikte mit der Geländenutzung entstehen. Der Grundwasserwiederanstieg bis in das Geländeniveau vollzieht sich besonders deut-lich in Auengebieten, die vor dem bergbaulichen Eingriff bei Starkniederschlägen oder Nieder-schlagsperioden durch lokale Überschwemmun-gen den Oberflächen- und Grundwasserhaushalt regulierten.

Bei statistisch mittleren Grundwasserneubil-dungsraten lässt sich für den gesamten Südraum von Leipzig die flurnahe Grundwasserführung mit Ausnahme der anthropogen bedingten Tage-baukippengebiete auf die Fluss- und Bachauen-

Abb. 5.42 Darstellung der berechneten Hydrokatabasen im stationären Endzustand

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 54: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

318

gebiete reduzieren. Für starke Niederschlagsra-ten und damit hohe Grundwasserneubildungen zeigt sich am Beispiel der Auen, wie groß das ursprüngliche Einzugsgebiet der Auen war.

Für die Gestaltung des Südraumes mit seinen zahlreichen entstehenden Seen sind die noch vorhandenen Auengebiete wegen der flurnahen Grundwasserstände eher ein Vorteil als ein Nach-teil. Der Vorteil liegt in der Gebietsentwässerung durch Ableitung von Niederschlagswasser und Überschusswasser der neuen Tagebaurestseen.

Neben den bereits genannten flurnahen Grundwasserständen bei Markkleeberg und Leipzig in der Pleiße- bzw. Elsteraue ist noch im ehemaligen Einzugsgebiet der Pleiße in ver-

schiedenen Ortschaften mit Vernässungen in Be-bauungsgebieten zu rechnen. Selbst bei mittleren Grundwasserneubildungsraten sind teilweise Grundwasserflurabstände ≤ 1 m zu erwarten bzw. zu beobachten (Abb. 5.44). Im Fall hoher Neu-bildungsraten vergrößern sich die betroffenen Bereiche in den Ortschaften deutlich.

Die Festlegung des Grundwasserflurabstandes ist ohne die genaue Kenntnis der Geländeoberflä-che nicht möglich. Die markscheiderischen Mes-sungen sind für die Bergbaugebiete durch um-fangreiche Messungen nach dem LASERSCAN-Verfahren auf eine Genauigkeit von ± 0,3 m präzisiert worden Die Ermittlung des Grundwas-serflurabstandes als Differenz zwischen Grund-

Abb. 5.43 Grundwasserflurabstand im stationären Endzustand

F.-C. Benthaus et al.

Page 55: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

319

wasseroberfläche und Geländeoberfläche ist in ihrer Genauigkeit von der Messpunktdichte der geologischen Aufschlüsse, der Grundwasser-standsbeobachtung und der Ermittlung der exak-ten Geländeoberfläche abhängig. Jahreszeitliche Veränderungen der Grundwasserstände sind bei der Planung von Ingenieurbauwerken (Straßen, Rohrleitungen und Kellergründungen) zu be-rücksichtigen.

5.6.3 Zusammenfassung

Für die Maßnahmeplanung zum Erreichen der Sanierungs- und Nutzungsziele der Bergbaufol-gelandschaften sind die Auswirkungen des Was-serhaushaltes auf das angrenzende Territorium zu untersuchen. Die modellgestützte Prognose hinsichtlich Wassermenge bzw. Wasserbeschaf-

fenheit ist dabei ein Kernelement. Mit Hilfe die-ser Grundwassermodellierung wird der zeitliche Verlauf der Flutung für verschiedene Szenarien simuliert. Die dem Bergbaufolgesee zu- und abfließenden Wassermengen werden unter An-nahme von Randbedingungen berechnet. Dazu sind seit dem Ende der 70er Jahre des 20. Jahr-hunderts, schon in der Phase der Grundwasser-absenkung, die Werkzeuge PCGEOFIM, FEF-LOW u. a. im Einsatz. Mit dieser Hilfe kann die gegenseitige Wirkung der einzelnen Restlöcher im unterirdischen Strömungsraum komplex er-fasst werden. Durch die Kopplung von mehreren Restlöchern ist ebenso eine gemeinsame Wasser-bilanz der Restseen möglich. Der Ausgleich des Grundwasserdefizits aus eigenem Dargebotsauf-kommen würde entsprechend den Ergebnissen der Grundwassermodellierung bis zu 100 Jahre dauern. Durch die Nutzung von Fremdwasser aus

Abb. 5.44 Prognose der Grundwasser-Flurabstände im Südraum Leipzig

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 56: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

320

der Vorflut ist eine weitgehende Rehabilitation in einem Zeitraum von 30 bis 40 Jahren modell-technisch nachweisbar. In den kommenden Jah-ren wird dieser Prozess durch die Berechnung der Geofiltration und der Geomigration weiterhin begleitet. Der Schwerpunkt der modellgestützten Prognose wird dabei unter Berücksichtigung der Einarbeitung neuer wissenschaftlicher Erkennt-nisse (u. a. Parameteridentifikation zur Präzisie-rung der wiederauffüllbaren Porosität und der Durchlässigkeitsbeiwerte ( kf -Werte) der Kippe) und der Berücksichtigung der vorhandenen und noch erforderlichen Vorflut als Voraussetzung zur Minimierung von Vernässungsflächen infol-ge Grundwasserwiederanstieg und der Beherr-schung und Steuerung der Wassergüte bei der Geofiltration liegen.

5.7 Hydrochemische Modellierung

5.7.1 Anwendung der hydrochemischen Modellierung in der Bergbausanierung

Die Beschaffenheitsentwicklung der Bergbau-folgeseen kann mit den Mitteln der hydrochemi-schen Modellierung prognostiziert werden (LUA 2001). Die hydrochemische Modellierung im Sa-nierungsbergbau liefert neben den Entwicklungs-prognosen für entstehende Bergbaufolgeseen auch zahlreiche Ergebnisse für weitere Aufga-ben. Dazu zählen die Verfahrensbegleitung zur Neutralisation saurer Bergbaufolgeseen (Bent-haus und Uhlmann 2006), (Rabe und Uhlmann 2006), die Analyse chemischer Prozesse in Was-serüberleitungssystemen (Uhlmann und Arnold 2003), die Optimierung der Betriebsführung von Grubenwasserreinigungsanlagen, die Bewertung der chemischen Wirkungen von Eisenhydroxid-schlämmen aus Grubenwasserreinigungsanlagen bei Verspülung in Bergbaufolgeseen (Uhlmann et al. 2007), die quantitative Abschätzung der Wirkungen biologischer Prozesse auf die Was-serbeschaffenheit von Bergbaufolgeseen (Bütt-cher und Uhlmann 2004) sowie die Abschätzung

des Potentials von Kohlendioxid zur Verbesse-rung der Neutralisation von Bergbaufolgeseen.

5.7.2 Grundlagen der hydrochemi-schen Modellierung

Im Rahmen der Bergbausanierung sind für die einzelnen Bergbaufolgeseen räumlich, zeitlich und wirtschaftlich optimierte Planungen zur Flu-tung und Nachsorge zu erarbeiten. Zahlreiche Bergbaufolgeseen sind miteinander verbunden oder durch Fließgewässer vernetzt. Daraus erge-ben sich Abhängigkeiten zwischen Wasserdarge-bot und Wasserbeschaffenheit. Die Sanierungs-aufgabe kann in ihrer Komplexität gut durch die Einbeziehung geeigneter numerischer Simula-tionsmodelle gelöst werden. Die Verknüpfung von Wasserbilanzmodell, Wassermengenmodell und Wasserbeschaffenheitsmodell zeigt Abbil-dung 5.45.

Die Prognose der Wasserbeschaffenheit von Bergbaufolgeseen ist eine Trendbewertung. Sie ist von Randbedingungen, wie zum Beispiel dem Flutungswasserdargebot, abhängig, das Verän-derungen entlang der Zeit erfährt. Dazu werden in Abstimmung zwischen dem Sanierungsträger und den zuständigen Länderbehörden Flutungs-konzeptionen (s. a. Abschn. 5.5) entwickelt. Diese Konzeptionen werden in Flutungsszena-rien mit Angebots- und Bedarfsmengen hinter-legt. Auf dieser Basis sind die Flutung des Berg-baufolgesees und der Grundwasserwiederanstieg zu prognostizieren (Abb. 5.45). Das begleitende Gewässermonitoring liefert die notwendigen Daten für die Kalibrierung der geohydraulischen und auch der hydrogeochemischen Modelle. Die hydrogeochemische Modellierung liefert ihrer-seits wichtige Ergebnisse für die Fortschreibung der Flutungskonzeptionen. Der gesamte Prozess muss im Rahmen der Bergbausanierung ggf. mehrfach und iterativ durchlaufen werden (LUA 1995).

Die Modellierung der hydrochemischen Ent-wicklung von Bergbaufolgeseen erfolgt nach dem Grundprinzip der Stoffmengenbilanzierung (LUA 2001). Die Basis hierfür bilden instationäre

F.-C. Benthaus et al.

Page 57: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

321

Wasserbilanzen, die die Flutungs- und Nachsor-gephase beschreiben:

dV

dtQ Q Q Q

Q Q P E

seeOWzu GWzu FL OWab

GWab ENT

= + + −

− − + −( )∑∑∑∑

∑∑

(5.24)

mit den Parametern:VSee Volumen des BergbaufolgeseesQOWzu Oberflächenwasserzufluss zum SeeQGWzu Grundwasserzustrom zum SeeQFL FlutungswasserQOWab Oberirdischer Abfluss aus dem SeeQGWab Grundwasserabstrom aus dem SeeQENT Wasserentnahmen aus dem See(P-E) klimatische Wasserbilanz des Sees

(Niederschlag – Gewässerverdunstung)Die Stoffbilanz eines Bergbaufolgesees muss volumenstromgebundene Stoffeinträge (Ober-flächenwasserzufluss, Grundwasserzustrom,

Flutungswasser) und Stoffausträge (oberirdi-scher Abfluss, Grundwasserabstrom, Wasserent-nahmen) berücksichtigen (Gl. 5.24). Ebenso sind nicht volumenstromgebundene Stoffeinträge ent-sprechend ihrer Bedeutung für den Bergbaufolge-see zu berücksichtigen. In einem als Mischre-aktor betrachteten Bergbaufolgesee gilt für jede einzelne chemische Komponente folgende insta-tionäre Stoffmengenbilanzgleichung:

d(V C

dt(Q C

(Q C Q C

Q

See SeeGWzu GWzu

OWzu OWzu FL FL

GWab

⋅= ⋅

+ ⋅ + ⋅

∑∑

))

)

−− −( ) ⋅ ±∑ ∑∑ ∑Q Q C ROWab ENT See

(5.25)

mit:CSee Stoffkonzentration im SeewasserCOWzu Stoffkonzentration in den oberirdischen

Zuflüssen

Abb. 5.45 Bearbeitungsablauf und Vernetzung der Werkzeuge zur Prognose der Wasserbeschaffenheit in den Berg-baufolgeseen

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 58: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

322

CGWzu Stoffkonzentration in den Grundwas-serzuflüssen

R nicht volumenstromgebundene Stoff-einträge und -umsätze

Der Term R für die nicht volumenstromgebun-denen Stoffeinträge und Stoffumsätze in der Stoffmengenbilanzgleichung (Gl. 5.25) fasst eine ganze Reihe physikalischer, chemischer, biologi-scher und technischer Prozesse zusammen:

R R R R

R R R

Atm Reak B

Diff Bio Kond

= + +

+ + +ö

(5.26)

mit den Parametern:RAtm Stoffaustausch mit der Atmosphäre

(z. B. Gasaustausch mit der Atmosphäre, atmosphärische Deposition)

RReak Stoffumsätze durch heterogene chemi-sche Reaktionen (z. B. Ausfällung von Eisen- und Aluminiumverbindungen)

RBö Stoffeintrag aus den Böschungen infolge Erosion (z. B. Niederschlags- und Wel-lenerosion)

RDiff Stoffaustausch des Gewässers mit den Sedimenten durch Diffusion

RBio Stoffumsätze durch biologische Prozesse (z. B. respiratorischer Abbau von organi-schem Kohlenstoff)

RKond Stoffeintrag durch Maßnahmen der Was-serbehandlung (z. B. In-Lake-Neutralisa-tion)

Die volumenstromgebundenen Stoffströme kön-nen durch Modellierung der Volumenströme sowie durch das Monitoring der Gewässerbe-schaffenheit ausreichend genau erfasst werden. Die homogenen hydrochemischen Reaktionen im Bergbaufolgesee (z. B. Dissoziation, Kom-plexbildung, Hydrolyse) werden mit hydroche-mischen Simulationsprogrammen dargestellt. Die nicht volumenstromgebundenen Stoffeinträ-ge werden durch geeignete Teilmodelle berech-net (s. Abschn. 5.7.3).

Aufgrund der überwiegend guten horizontalen Durchmischung der Bergbaufolgeseen im Jahres-verlauf werden hier Mischreaktormodelle für die Prognose der hydrochemischen Entwicklung ein-gesetzt. Für spezielle Fragestellungen ist es fall-weise erforderlich, den See räumlich zu gliedern.

Die nächste Stufe der räumlichen Abstraktion ist ein limnologisch strukturiertes Komparti-mentmodell. Es berücksichtigt die sommerliche Stratifizierung des Gewässerkörpers und damit die Trennung des Sees in Epilimnion, Hypolim-nion sowie ggf. Monimolimnion. Die räumliche Trennung der Seekörper (Kompartimente) muss entsprechend des Stratifizierungsverlaufs dann zeitvariabel abgebildet werden. Für spezielle An-wendungsfälle, bei denen die räumliche Stoffver-teilung im See von Bedeutung ist, werden zwei- oder dreidimensionale Seemodelle entwickelt (Müller 2004).

Die thermische Schichtung des Sees kann ent-weder aus Messungen von Temperaturtiefenpro-filen, durch spezielle numerische Schichtungs-modelle (z. B. Jöhnk 2000) oder näherungsweise durch Blockmodelle abgebildet werden. Aus der Lage der Thermokline (s. Abschn. 5.4) und aus der Kenntnis der Wasserstands-Volumen-Kenn-linie V = f(h) des Bergbaufolgesees werden die Teilvolumina für das Epilimnion und Hypolim-nion bestimmt. Der Grundwasserzustrom und Grundwasserabstrom der einzelnen Komparti-mente ergibt sich aus der Lage der Grundwasser-leiter in der Seekontur.

Besondere Bedeutung für die strategische Pla-nung von Sanierungsmaßnahmen hat die Anwen-dung räumlich vernetzter Seemodelle sowie die Kopplung der Beschaffenheitsmodelle von Fließ-gewässern und Seen.

In Abbildung 5.46 ist das Schema eines Was-sergütebewirtschaftungsmodells für die erweiter-te Restlochkette in der Lausitz einschließlich des Senftenberger Sees dargestellt. Die Seen werden nach Flutungsabschluss ein Wasservolumen von ca. 760 Mio. m3 beinhalten. Das Schema zeigt die Vernetzung der Flussgebiete der Spree und der Schwarzen Elster über die Bergbaufolgeseen sowie die Wasserbauwerke. Dazu gehören Flu-tungsbauwerke, Überleiter, Schleusen, Rohrlei-tung und Pumpstationen. Das Wassergütebewirt-schaftungsmodell bildet die spezielle hydrauli-sche Funktionalität der Wasserbauwerke ab. Die hydraulischen und stofflichen Wechselwirkungen mit dem Grundwasser werden durch Blockmo-delle beschrieben, die aus den geohydraulischen Großraummodellen (s. Abschn. 5.6) abgeleitet

F.-C. Benthaus et al.

Page 59: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

323

mann et al. 2004a). Eine besondere Herausforde-rung der hydrogeochemischen Modellierung be-steht darin, zeitabhängige Prozesse abzubilden.

Eine Vielzahl hydrogeochemischer Fragestel-lungen kann mit dem verfügbaren Programm-code von PHREEQC direkt gelöst werden. Da-rüber hinaus wird PHREEQC häufig auch als hydrochemischer Baustein in hydrodynamische Modelle für Bergbaufolgeseen, Grundwasserlei-ter und Fließgewässer eingebaut.

5.7.3 Entwicklung von Teilmodellen

Die hydrochemische Prognose der Wasserbe-schaffenheit in Bergbaufolgeseen muss den Gas-austausch, die Niederschlags- und Wellenerosion sowie die Wechselwirkungen des Seewassers mit den Sedimenten berücksichtigen. Der Prozess der CO2-Ausgasung wird durch die Gasdiffusion

wurden. Die Seen werden problemadäquat als Mischreaktoren oder Kompartimentmodell be-handelt. Das Wassergütebewirtschaftungsmodell dient der Optimierung der Flutung, der Planung von Neutralisationsmaßnahmen und in Zukunft auch der Zu- und Abflusssteuerung aus wasser-gütewirtschaftlicher Sicht.

Für die hydrogeochemische Modellierung sind international mehrere Programme verfüg-bar. Für Probleme im Süßwasserbereich, d. h. im Geltungsbereich der Debye-Hückel-Gleichung, hat sich das Programm PHREEQC (Parkhurst und Appelo 1999) etabliert. Durch hydrogeoche-mische Modelle werden vor allem Reaktionen im thermodynamischen Gleichgewicht abgebildet, die sich mit Gleichgewichtskonstanten beschrei-ben lassen. Spezifische Stöchiometrien und Re-aktionskonstanten sind für die Ausfällung von Eisen- und Aluminiumverbindungen in stark sau-ren Bergbaufolgeseen entwickelt worden (Uhl-

Abb. 5.46 Systemschema für die Bergbaufolgeseen der erweiterten Restlochkette einschließlich des Senftenberger Sees

SedlitzerSee

PartwitzerSee

Geiers-walder

See

Ilse See

BlunoerSüdsee

Neu-wieserSee

Senften-bergerSee

SabrodterSee

BergenerSee

Spree-talerSee

Schwarze Elster

Kle

ine

Spre

e

Spr

ee

Rai

nitz

a

IndustrieparkSchwarze Pumpe

107,0-108,0

103,0-104,0

100,0-101,0

98,0-99,0

Oberer Landgraben

100,0-101,0

ÜL3ÜL1

ÜL2

ÜL5

ÜL3a

ÜL7

ÜL6

ÜL10

ÜL8

ÜL9

ÜL11

ÜL12

Pumpe

Schleuse

Flutungsbauwerk

Wehr

Fischtreppe

Regulierbare Rohrleitung

Überleiter mit Angabe der möglichen Fließrichtung

Grundwasserwechselwirkungen

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 60: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

324

an der Grenzfläche Seewasser/Atmosphäre be-stimmt. Der zeitkonkrete Stofffluss FCO 2

ergibt sich durch die Differenz der CO2-Konzentration im Seewasser und der CO2-Konzentration in der Atmosphäre, der Durchmischungstiefe des Ge-wässers und einem Austauschkoeffizienten:

FCO2 =

k

z· ([CO2] − [CO2] GGW )

(5.27)

mit: CO2-Konzentrationsänderung im

Seewasser (mol/(m3 · d))k Austauschkoeffizient (m/d)z mittlere Durchmischungstiefe (m)[CO2] CO2-Konzentration im Seewasser

(mol/m3)[CO2]GGW CO2-Konzentration im Gleichge-

wicht mit der Atmosphäre (mol/m3)Der Austauschkoeffizient k in (Gl. 5.27) ist eine zeitvariable Funktion der windinduzierten Durch-mischungsintensität des Seewassers. An den Bergbaufolgeseen in Mitteldeutschland und in der Lausitz wird mit einem mittleren Austausch-koeffizient von kCO2 = 0,2 m/d bis kCO2 = 0,8 m/d gerechnet. Er steht in guter Übereinstimmung mit Literaturangaben (Vlahos et al. 1995).

Die Durchmischungstiefe des Gewässers ist vom Schichtungsverhalten des Sees abhängig. Während der Stagnationsphase entspricht sie der zeitabhängigen Epilimniontiefe und während der Zirkulationsphasen der mittleren Gewässertiefe. Die temperaturabhängige Gleichgewichtskon-zentration des CO2 im Seewasser wird nach dem Henry-Gesetz berechnet.

Die noch nicht überfluteten und spärlich be-wachsenen Böschungen in der Restlochkontur

FCO 2

sind der Niederschlagserosion ausgesetzt. Auf das Uferprofil wirkt zusätzlich die Wellenero-sion. Das Bodenmaterial wird durch Druck-, Sog- und Scherspannungen abgelöst, in den See verfrachtet und dabei vom Seewasser ausgewa-schen. Auf diese Art wird während der Flutung die Oberfläche der Böschungen umgeformt.

Bei der Wellenerosion bildet sich durch Abra-sion und Akkumulation ein dynamisches Gleich-gewichtsprofil aus (Abb. 5.47). Der physika-lische Prozess der Profilierung wird durch ein empirisches Formelsystem nach (Wagner 1997) beschrieben. Die Geometrie des Ausgleichspro-fils berechnet sich aus den Eigenschaften des Böschungsmaterials (Lagerungsdichte, mittle-rer Korndurchmesser), der Ausgangsneigung der Böschung und den mittleren Welleneigen-schaften des Sees (Wellenhöhe, Wellenlänge). Die Erosionsprozesse sind ausreichend schnell, so dass in jedem Zeitschritt des Seemodells das geometrische Gleichgewichtsprofil betrachtet werden kann.

Das Porenwasser der verwitterten Sedimente steht im Gleichgewicht mit der Austauscherober-fläche der Bodenmatrix und Mineralen (z. B. Gips, Jarosit, Schwertmannit). Die Stofffracht des erodierten Materials errechnet sich aus der Erosionsmasse und dem mobilisierbaren Stoffge-halt. Der Stoffgehalt ist durch Kartierung der Bö-schungen zu ermitteln. Der Stoffeintrag erfolgt als Mischung des Seewassers mit dem Porenwas-ser unter Berücksichtigung der löslichen Minera-le und des Kationenaustausches mit dem erodier-ten Bodenmaterial.

Den Berechnungen zur Erosion liegt ein di-gitales Konturmodell der Tagebauhohlform zu-grunde. Mit Erreichen des Endwasserstandes in

Abb. 5.47 Umformung eines Böschungsprofils durch Wasserwellen ( oben) und idealisierte geomet-rische Beschreibung des Ausgleichsprofils ( unten) nach Wagner 1996 Ursprüngliche Böschung

MittlererWasserspiegel

Abrasion

AkkumulationAusgleichsprofil

Wellen

F.-C. Benthaus et al.

Page 61: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

325

der Wellenausgleichzone mit geringen Neigun-gen kommt die Wellenerosion als Stoffquelle für die Bergbaufolgeseen weitgehend zum Erliegen. Nach dem Überstau der steil stehenden Kippen-sedimente mit Seewasser erfolgen Stoffeinträge überwiegend durch Diffusion. Der Konzentra-tionsgradient zwischen dem Seewasser und dem Porenwasser der Sedimente ist die Triebkraft der Diffusion.

Die chemische Behandlung mit alkalischen Stoffen wird im hydrochemischen Seemodell als Gleichgewichtsreaktion des Seewassers mit den Neutralisationsmitteln abgebildet. Praktische Erfahrungen zeigen, dass die Löslichkeit fester und suspendierter Neutralisationsmittel unter an-derem vom pH-Wert abhängig ist (LUA 2001). Im Prognosemodell wird deshalb eine funktio-nale Löslichkeit für die Neutralisationsmittel berücksichtigt (Abschn. 5.3.4). Die Reaktivität von Neutralisationsmitteln wird durch geeigne-

te Technikumsversuche oder großmaßstäbliche Pilotversuche in der konkreten Anwendung er-mittelt.

5.7.4 Hydrochemischen Modellierung am Zwenkauer See

Stoffquellen und EintragspfadeDer Tagebau Zwenkau wurde 1999 stillgelegt. Mit Außerbetriebnahme der Entwässerungsanla-gen füllten sich die Tieflagen des Tagebaus zu-nächst selbständig mit Grundwasser und Nieder-schlagswasser (Abb. 5.48).

Das Seewasser war stark sauer und hoch mi-neralisiert (Tab. 5.15). Die wesentlichen Ionen waren Sulfat, Calcium, Magnesium, Eisen und Aluminium. Die Acidität des Seewassers (Basen-kapazität KB8,2) betrug anfänglich ca. 40 mmol/L.

Abb. 5.48 Luftbild des Bergbaufolgesees Zwenkau von 2005 (LMBV)

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 62: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

326

Das Wasser befand sich im Sättigungsgleichge-wicht mit Gips.

Seit 2006 wird der Zwenkauer See vor allem mit Sümpfungswasser aus den benachbarten Braun-

kohlentagebauen Profen und Schleenhain der MI-BRAG geflutet (Abb. 5.49). Die aktuelle Alkalini-tät des Sümpfungswassers dieser Tagebaue kann mit 3 mmol/L bzw. 0,5 mmol/L gekennzeichnet werden. Das westlich am Bergbaufolgesee vorbei fließende Gewässer „Weiße Elster“ soll auch für die Flutung des Zwenkauer Sees genutzt werden. Der Zwenkauer See erzeugt nach Abschluss des Grundwasserwiederanstiegs einen Bilanzüber-schuss von etwa 8 m3/min durch Grundwasser-zustrom. Der Bilanzüberschuss soll über ver-schiedene Binnengräben südlich von Leipzig in die Pleiße abgeleitet werden. Anfang 2010 betrug das Seevolumen bereits 45 Mio. m3. Das Stauziel im Zwenkauer See soll 2014 erreicht werden. Das Seevolumen beträgt dann etwa 172 Mio. m3.

Infolge der langjährigen Pyritverwitterung bildete sich auf der Kippenoberfläche eine Oxi-dationszone mit einer mittleren Eindringtiefe der Verwitterungsfront von etwa 4 m aus (Wiegand 2002). Der mobilisierbare Stoffbestand in der Oxidationszone setzt sich aus gelösten Ionen im Porenwasser, leichtlöslichen Sekundärmineralen (z. B. Gips, Jarosit) und austauschbaren Ionen

Tab. 5.15 Hydrochemie des Bergbaufolgesees ZwenkauKennwert Maßeinheit 09/2005 03/2007Volumen Mio. m3 ca. 2 11pH – 2,5 2,8Leitfähigkeit µS/cm 4.700 3.700KB4,3 mmol/L 25 11KB8,2 mmol/L 40 20Sulfat mg/L 3.600 2.700TIC mg/L 2 < 0,1Calcium mg/L 400 320Magnesium mg/L 220 160Eisen-gelöst mg/L 450 200Aluminium mg/L 120 60Mangan mg/L 15 9Berechnete KennwerteSättigungsindex Gips

– ± 0,0 − 0,2

Partialdruck CO2

mbar 40 13

Abb. 5.49 Flutungskonzeption (2007) für den Zwenkauer See mit nachbergbaulicher Wasserbilanz

70

75

80

85

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2005

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2035

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tand

[mN

HN

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-20

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60

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Vol

umen

stro

m [m

³/min

]

Sümpfungswasser Schleenhain Sümpfungswasser ProfenWasser aus Filterbrunnen Ausleitung in den FloßgrabenWasserhaltung Wasserstand

F.-C. Benthaus et al.

Page 63: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

327

an der Bodenmatrix zusammen. Die wässrigen Eluate des Bodens der Oxidationszone sind stark sauer. Im oberen Meter der Kippensedimente wurden im Mittel 19.500 mg/kg lösliches Sulfat und 2.500 mg/kg lösliches Eisen gemessen. Die Acidität beträgt im Mittel 104 mmol/kg.

Aufgrund des geringen Infiltrationsvermö-gens der Kippensedimente bildeten sich an der Kippenoberfläche Wasserflächen, so genannte Kippenseen. Die Kippenseen sind stark sauer und haben sehr hohe Konzentrationen an Sulfat (800–31.000 mg/l), Calcium (160–480 mg/l), Magnesium (30–2.100 mg/l), Eisen und Alumi-nium sowie eine sehr hohe Acidität (Tab. 5.16). Die löslichen Bestandteile wurden durch Ero-sion, Elution und Diffusion aus der Oxidations-schicht der Kippensedimente in die Kippenseen eingetragen. Das Volumen der Kippenseen wird auf 2,4 Mio. m3 geschätzt. Bei steigendem Was-serspiegel werden sich die Kippenseen in den Bergbaufolgesee einmischen.

Die Niederschlagserosion auf den freilie-genden Flächen, die Wellenerosion bei Wasser-spiegelanstieg, die Diffusion nach Überstau der Sedimente und schließlich auch die Einmischung der Kippenseen führen zu einem Eintrag gelöster,

löslicher und austauschbarer Stoffe in das See-wasser. Mit dem hydrochemischen Seemodell wurde die zeitabhängige Dynamik der Stofffrei-setzung für das geplante Flutungsszenario be-rechnet (Abb. 5.50).

Das dem Bergbaufolgesee Zwenkau zuströ-mende Grundwasser ist überwiegend als poten-tiell alkalisch einzuschätzen. Eine Versauerungs-neigung des Grundwassers ist in Teilbereichen der Innenkippe nachweisbar. Aufgrund der gerin-gen Volumenströme und seiner hydrochemischen

Tab. 5.16 Kennwerte der Wasserbeschaffenheit in den Kippenseen des Tagebaus ZwenkauParameter Maßeinheit WertebereichpH-Wert – 1,8…3,0Elektrische Leitfähigkeit

µS/cm 1.900…22.000

Basenkapazität KB4,3 mmol/L 6…300Basenkapazität KB8,2 mmol/L 13…460Chlorid mg/L 7…110Sulfat mg/L 800…31.000Magnesium mg/L 30…2.100Calcium mg/L 160…480Eisen gelöst mg/L 20…6.900Aluminium mg/L 16…1.500Mangan mg/L 3…140

Abb. 5.50 Prognose der Säureeinträge in den Bergbaufolgesee Zwenkau

0

40

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Aci

ditä

tsei

ntra

g [k

mol

/d]

Diffusion ausder Innenkippe

Niederschlags-und Wellenerosion

Einmischungder Kippenseen

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 64: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

328

Eigenschaften hat das Grundwasser als Säure-quelle für den Bergbaufolgesee Zwenkau keine Bedeutung.

Durch Modellierung der Grundwasserströ-mung wurde eine instationäre Wasserbilanz für den Bergbaufolgesee Zwenkau berechnet (s. Abschn. 5.6). Sie weist die Grundwasserzuströ-me und -abströme, die klimatische Bilanz der Seefläche, die oberirdischen Zuflüsse innerhalb der Böschungskontur, die Einleitungen von Flu-tungswasser sowie den oberirdischen Abfluss nach Erreichen des Stauziels als instationäre Bi-lanz mit einer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung aus. Auf dieser Basis wurde ein hyd-rochemisches Seemodell als Mischreaktormodell entwickelt, das die relevanten Teilprozesse der Stoffeinträge, des Stoffaustauschs und der reak-tiven Wechselwirkungen berücksichtigt.

Ermitteln des hydrochemischen ReferenzzustandesDas hydrochemische Modell konnte an einer zweijährigen hydrochemischen Entwicklung des Zwenkauer Sees kalibriert werden. Die Progno-se der weiteren hydrochemischen Entwicklung erfolgte zunächst für das geplante Flutungssze-narium (Abb. 5.51). Die hydrochemische Refe-renzvariante für den Zwenkauer See diente zur Ermittlung der zeitabhängigen Quellstärken der

Säureeinträge und zum Nachweis der Notwen-digkeit einer Wasserbehandlung.

Die Modellrechnungen zeigen, dass die durch Flutungswasser eingetragene Neutralisation des Zwenkauer Sees vor allem durch den Eintrag der sauren Kippenseenwässer (19 %) sowie die hohen Stoffeinträge infolge Wellenerosion (36 %) und Diffusion (34 %) beeinflußt wird (s. Abb. 5.51). Ohne Wasserbehandlung kann ein neutraler Zu-stand im Zwenkauer See zum Flutungsabschluss nicht erreicht werden. Der Eintrag der Acidität aus den Kippenseen erfolgt mit deren Einmi-schung in den Bergbaufolgesee beim Überstau. Die Stoffeinträge durch Erosion werden mit Er-reichen der stationären Stauhöhe geringer. Der diffusive Aciditätseintrag in den Zwenkauer See steigt mit zunehmender Überdeckung der Innen-kippe zunächst stark an. Die höchste Eintrags-rate durch Diffusion aus den Kippen wird bei vollständigem Überstau erreicht. Das Abklingen der Diffusion erfolgt anschließend sehr langsam, so dass die Säureeinträge aus der Innenkippe in den See noch länger zu kompensieren sind. In der Nachsorgephase wird die Diffusion aus der Innenkippe zur maßgebenden Säurequelle des Bergbaufolgesees (Abb. 5.51).

Chemische MaßnahmenUnter Berücksichtigung der quantifizierten Stoff-quellen sowie des Standes der Technik wurden

Abb. 5.51 Modellge-stützte Bilanzierung der Säureeinträge in den Berg-baufolgesee Zwenkau für die Referenzvariante der Flutung bis zum Abschluss der Flutung

Aciditätseintrag (bis Flutungsende 2015)

260.000 kmol(36%)

240.000 kmol(34%)

132.000 kmol(19%)

80.000 kmol(11%)

Stoffinhalt des Sees 2005KippenseenNiederschlags- und WellenerosionDiffusion aus der Innenkippe

F.-C. Benthaus et al.

Page 65: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

329

für den Zwenkauer See unterschiedliche Varian-ten der Behandlung betrachtet:• Wasserbehandlung am Ablauf des Sees• chemische Vorbehandlung des Flutungswas-

sers• chemische Neutralisation der Kippenseen• chemische Neutralisation des Seewassers als

In-Lake-Verfahren• chemische Behandlung der Kippenoberfläche.Die Wasserbehandlung am Ablauf des Sees ist eine Minimaloption, die die aufnehmenden Fließ-gewässer vor einer Versauerung schützt. Mit den anderen Verfahren kann ein Zusatznutzen durch Neutralisation des Seekörpers erreicht werden.

Das Sümpfungswasser der MIBRAG-Tage-baue verfügt aufgrund seines natürlichen Kohlen-säuregehaltes über eine hohe Kalklösekapazität. Allein durch den Einsatz von Kalkhydrat kann die Alkalinität des Profener Sümpfungswassers von derzeit 0,5 mmol/L auf 2,5 mmol/L bis zur Calcitsättigung erhöht werden. Durch den zu-sätzlichen Einsatz von Kohlensäure als Lösungs-vermittler kann die Alkalinität des Flutungswas-sers mit entsprechendem Rohstoffeinsatz weiter erhöht werden und ist für eine Vorbehandlung geeignet.

Die Kippenseekörper können durch ein vor-beugendes In-Lake-Verfahren neutralisiert wer-den. Im hydrochemischen Seemodell wird die Neutralisation der Kippenseen durch eine pH-gesteuerte Zugabe von Kalkhydrat unter Be-rücksichtigung des Wirkungsgrads abgebildet.

Mit einem In-Lake-Verfahren im gesamten Wasserkörper des Zwenkauer Sees muss recht-zeitig vor Erreichen des Zielstaus begonnen werden. Um einen hohen Wirkungsgrad zu errei-chen, muss die Suspension mit einem geringen Feststoffgehalt und möglichst großflächig im See verteilt werden (s. Abschn. 5.9). Das hydrogeo-chemische Modell geht von einer guten Einmi-schung des Neutralisationsmittels in das Seewas-ser und von einem hohen funktionalen Wirkungs-grad aus.

Der Säureeintrag aus den Sedimenten in den See kann durch chemische Behandlung der Kip-penoberfläche gemindert werden. Das hydroche-mische Modell setzt voraus, dass das alkalische

Material flächendeckend in die obere Schicht der Kippe eingebaut wird. Der Einbau kann aus verfahrenstechnischer Sicht nur nach der Über-flutung der Innenkippe erfolgen. Entsprechend den physikalischen Gesetzmäßigkeiten findet die Diffusion der sauren Bestandteile durch die neut-ralisierte Teilschicht statt.

Die Wirkung der einzelnen Verfahren wurde auf der Grundlage des an der bisherigen Ent-wicklung kalibrierten und für die Referenzva-riante des hydrochemischen Seemodells geprüft. Die Berechnungen zeigen, dass allein mit der Vorbehandlung des Flutungswassers, der Neutra-lisation der Kippenseen oder der Behandlung der Kippenoberfläche keine sofortige Neutralisation des Seewassers erreicht werden kann. Mit dem In-Lake-Verfahren kann zum Flutungsabschluss eine neutrale Wasserbeschaffenheit im Bergbau-folgesee hergestellt werden. Durch die bevorzug-te Verwendung von kostengünstigem Kalkhydrat kann jedoch eine geringe Pufferung mit etwa 0,1 bis 0,2 mmol/L Alkalinität aufgebaut werden. Das Seewasser unterliegt jedoch der Wiederver-sauerung durch Diffusion aus der Innenkippe.

Erarbeiten einer LösungMit Hilfe des hydrochemischen Prognosemodells wurden deshalb verschiedene Verfahrenskombi-nationen geprüft. (Abb. 5.52). Durch die Fach-leute wurde eingeschätzt, dass die Konditionie-rung der Kippenoberfläche aufgrund des hohen Verfahrensrisikos sowie der hohen Rohstoff- und Baukosten zur Sicherung der Nachhaltigkeit nicht in Betracht kommt. Ein neutraler Zustand des Sees kann folglich dann nachhaltig gewähr-leistet werden, wenn das In-Lake-Verfahren be-darfsabhängig wiederholt oder dem See gepuf-fertes Wasser im Sinne einer Nachsorgeflutung zugeführt wird. Der mit dem hydrochemischen Seemodell nach dem Berechnungsprinzip eines pH-stat-Versuches ermittelte Neutralisations-mittelbedarf beträgt unter Berücksichtigung des funktionalen Wirkungsgrades anfänglich etwa 5 t/d Kalkhydrat und verringert sich in 20 Jahren auf etwa 1 bis 2 t/d. Die Nutzung von Flusswasser aus der Weißen Elster oder die Verwendung des vorkonditionierten Sümpfungswassers aus den

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 66: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

330

Abb. 5.52 Prognose des pH-Wertes im Bergbau-folgesee Zwenkau für die Referenzvariante und kombinierte Maßnahmen der Wasserbehandlung a Vorkonditionierung, b Neutralisation See und Kippe, c In-Lake-Neutra-lisation und chemische Behandlung Kippe

2

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ReferenzvarianteVorkonditionierung des Flutungswasser und Neutralisation der Kippenseen

2

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2005

2007

2009

2011

2013

2015

2017

2019

2021

2023

2025

2027

2029

2031

2033

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pH-W

ert

-40-30-20-1001020304050607080

Vol

umen

stro

m [m

³/min

]ReferenzvarianteNeutralisation der Kippenseen und Behandlung der Kippenoberfläche

2

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2005

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2009

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2013

2015

2017

2019

2021

2023

2025

2027

2029

2031

2033

2035

2037

2039

pH-W

ert

-40-30-20-1001020304050607080

Vol

umen

stro

m [m

³/min

]

Referenzvariantein-lake-Neutralisation und chemische Behandlung der Kippenoberfläche

a

b

c

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Page 67: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

331

benachbarten Braunkohlentagebauen zur Nach-sorge stellt einen Beitrag dar, der eine Prüfung ihrer langfristigen Verfügbarkeit voraussetzt.

Mit dem hydrochemischen Seemodell wur-den die Quellstärken der Säureeinträge sowie die zeitliche Wirkungsentfaltung und Zielerrei-chung einzelner Wasserbehandlungsmaßnahmen eingeschätzt. Die Modellergebnisse stellen eine gute Planungsgrundlage zur Auswahl geeig-neter Maßnahmen, zur Mengenermittlung von Neutralisationsmitteln und zur Kostenschätzung dar. Die weitere Entwicklung des Seewassers ist durch ein Monitoring zu erfassen. Bei deutlichen Abweichungen der hydrochemischen Entwick-lung des Bergbaufolgesees von den Prognosen und den Plangrößen muss das hydrochemische Seemodell evaluiert werden.

5.7.5 Resümee

Durch die Steigerung der Leistungsfähigkeit, die Erweiterung der inhaltlichen Möglichkeiten und die deutlich verbesserte Bedienerfreundlichkeit wurden hydrogeochemische Modelle in den letz-ten Jahrzehnten praxistauglich in der Sanierung eingesetzt. Es wurde gezeigt, dass die hydroche-mische Modellierung zu einem wichtigen Pla-nungsinstrument für die wasserwirtschaftliche Sanierung geworden ist. Da die Aussagen der Modellierung kostenrelevant sind, werden hohe Ansprüche an die Zuverlässigkeit der Aussagen gestellt. Diese wird vor allem durch ein gutes System- und Prozessverständnis der Fachleute erreicht.

Der Nutzen der hydrochemischen Modellie-rung wurde durch (DVWK 1992) schon so einge-schätzt, wonach „[eine]… ordnungsgemäße und kritische Anwendung geochemischer Modelle … stets eine sachbezogene, datenorientierte und somit objektive Auseinandersetzung mit hetero-genen und komplexen Natursystemen dar[stellt], die auch in der Praxis subjektiven Interpretatio-nen und Vermutungen vorgezogen oder zumin-dest als zusätzliches Hilfsmittel verfügbar ge-macht werden sollte.“

5.8 Hydraulische Maßnahmen zur Füllung der Bergbaufolgeseen

Bereits mit dem Aufschluss von Tagebauen wurde nachhaltig in die wasserwirtschaftlichen Verhältnisse der Region eingegriffen. Die zur Freilegung der Kohle gehobenen Wassermengen mussten in vergrößerten Vorflutern abgeleitet werden. Flussabwärts dienten diese Wassermen-gen direkt zur Stabilisierung der Abflussverhält-nisse in den Vorflutern. Vor allem die nahezu über das Jahr konstante bergbauliche Wasserhebung führte zur Anhebung des Niedrigwasserabflusses dort und ließ Nutzungen für die industrielle und landwirtschaftliche Produktion zu, die aus dem natürlichen Aufkommen nicht möglichen gewe-sen wären.

Mit der Sanierung änderte sich die Situation in den bergbaubeeinflussten Flusseinzugsgebieten grundlegend. Es waren eine Vielzahl von Hohl-räumen entstanden, die so genannten Tagebau-restlöcher. Dieses Volumen konnte nicht durch Massen aus anderen Abbaugebieten aufgefüllt werden. Als Alternative bot sich die Herstellung von Bergbaufolgeseen an, die sich in das nach dem Bergbau einstellende hydrologische System eingliedern und als nachnutzbares Element in der Landschaft zu betrachten sind.

Eine Füllung durch den Eigenaufgang des Wasserspiegels in den Bergbaufolgeseen hätte in hydrologisch ungünstigen Gebieten bis zu 100 Jahren gedauert. Damit wäre das im Bun-desberggesetz (BBergG) verfügte Gebot zur Wiedernutzbarmachung der bergbaulich in An-spruch genommener Flächen verfehlt worden. Im Ergebnis dieser Art der Füllung wären stark schwefelsaure Seen mit niedrigen pH – Werten und hohen, teilweise die Gipssättigungsgrenze erreichenden Sulfatgehalten entstanden. Solche Wasserbeschaffenheiten schließen eine öffent-liche Nachnutzung über lange Zeiträume aus und erfordern für eine direkte Anbindung an das öffentliche Gewässernetz aufwändige Behand-lungsmethoden.

Deshalb wurde bei der Sanierung des Was-serhaushaltes auf die Füllung der entstehenden

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 68: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

332

Bergbaufolgeseen durch Zufuhr von Wasser aus nahe gelegenen, öffentlichen Gewässern zur Unterstützung des natürlichen Wasseranstiegs orientiert. Diese Art der Füllung ist als ein Ele-ment der Gefahrenabwehr zu betrachten, denn der schnellere Anstieg des Wasserspiegels dient der Stabilisierung der Böschungen und vermin-dert die durch Wellen erzeugte Böschungsero-sion an den später unter Wasser gehenden Bö-schungen.

5.8.1 Flutungssteuerung und Bewirt-schaftung

Die LMBV hat die anspruchsvolle Aufgabe übernommen, neben ca. 170 kleinen auch 51 große Tagebaurestlöcher zu fluten, davon 31 in der Lausitz und 20 in Mitteldeutschland. Damit entsteht in der Lausitz eine Gesamtwasserfläche von ca. 14.200 ha, die Wasserfläche in Mittel-deutschland wird ca. 10.400 ha betragen. Die Flutung eines Tagebaurestloches setzt mit der Einstellung der bergbaulichen Grundwasserab-senkung ein. Das Grundwasser beginnt danach wieder auf das vorbergbauliche Niveau anzustei-gen und füllt dabei auch die Tagebaurestlöcher langsam auf. Der erforderliche Aufwand zur Gewährleistung der Standsicherheit der Rest-lochböschungen wäre unter diesen Bedingun-gen sehr hoch und die öffentlichen Nutzungen müssten lange Zeit einschränkt werden. Weiter-hin wäre mit einer Verschlechterung der Was-serqualität durch den Versauerung zu rechnen. Zusätzlich zur Füllung durch den natürlichen Grundwasserwiederaufgang wurde daher bereits frühzeitig auf eine aktive, schnelle Flutung mit Oberflächenwasser aus Flüssen orientiert, um die Flutungszeiten auf 5 bis 12 Jahre zu verkür-zen und die erreichbare Gewässerbeschaffenheit zu optimieren. Dazu ist es notwendig, mit einer Flutungsteuerung alle verfügbaren Ressourcen aus den Fließgewässern der Region für die Flu-tung zu erschließen und langfristig für die Nach-sorge zu sichern.

Notwendigkeit einer Flutungssteuerung im Lausitzer RevierDer derzeitige Füllstand der Lausitzer Bergbau-seen liegt bei ca. 1,3 Mrd. m3 und hat damit bereits 58 % des Gesamtvolumens erreicht (Abb. 5.53).

Im Einzugsgebiet der Spree werden 15 Ta-gebaurestseen mit einer Gesamtwasserfläche von 7.350 ha entstehen. Im Einzugsgebiet der Schwarzen Elster sind es 14 Tagebaurestseen mit einer Seewasserfläche von etwa 5.880 ha. Aus dem sächsischen Tagebaurestloch Berzdorf bei Görlitz entsteht ein See mit einem Seevolumen von 330 Mio. m3 Inhalt und einer Wasserfläche von ca. 1.000 ha. Der künftige Berzdorfer See befindet sich neben dem schon fertig gestellten Bergbaufolgesee Olbersdorf im Einzugsgebiet der Neiße.

Eine Hauptaufgabe der Bergbausanierung ist die Wiederherstellung eines ausgeglichenen, sich weitestgehend selbst regulierenden Wasserhaus-haltes (Umweltministerbeschluss von 1994). Um dieses Ziel zu erreichen, ist die schnelle Flutung von Tagebaurestlöchern durch die Zuführung von Oberflächenwasser aus den Fließgewässern und die Nutzung des Eigenaufganges von Grund-wasser notwendig (Abb. 5.54). Damit wird es möglich, das Mengendefizit schrittweise auszu-gleichen und die Gewässerbeschaffenheit im er-forderlichen Maße zu gewährleisten.

Die schnelle und maximale Zuführung von Flutungswasser aus den Einzugsbereichen von Spree, Schwarzer Elster und Lausitzer Neiße hat für die LMBV deshalb höchste Priorität.

Die Lausitz ist mit einer durchschnittlichen Jahresniederschlagsmenge von rd. 570 mm/a als niederschlagsarm einzustufen. Aufgrund des kleinen Einzugsgebietes der Lausitzer Flüsse hat die Niederschlagsmenge einen unmittelbaren Einfluss auf die Abflussmengen und somit auf die verfügbare Flutungswassermenge.

Der Vergleich der Mittelwasserabflüs-se der Schwarzen Elster (2,0 m3/s), der Spree (13,5 m3/s) und der Neiße (17,5 m3/s) mit den des Rheins (2.300 m3/s) verdeutlicht die Situa-tion in der Lausitz. Einem hohen Wasserbedarf zur Flutung und Nachsorge stehen Flüsse mit einem geringen Dargebot gegenüber. Hier gilt es,

F.-C. Benthaus et al.

Page 69: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

333

Abb. 5.53 Bergbaufolgeseen im Lausitzer Revier

Abb. 5.54 Flutungsstand der Bergbaufolgeseen Lausitz (Stand Dez. 2009)

Bra

nden

burg

Ost

sach

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Mio. m³ 0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00

OlbersdorfBerzdorf

BärwaldeLohsa II

DreiweibernBurghammer

ScheibeSpreetal NO

RL D/FBluno

NordrandschlauchNordschlauch

SüdostschlauchKortitzmühle

LugteichGräbendorf

Schönfelder SeeLichtenauer See

Drehnaer SeeSchlabend. SeeBischdorfer See

Kahnsdorfer SeeKlinger SeeGreifenhain

Koschen SkadoSedlitzMeuro

Bergheider SeeHeidesee

Kleinleip. SeeFüllvolumen 12/2009 Freies Volumen

Bra

nden

burg

Ost

sach

sen

OlbersdorfBerzdorf

BärwaldeLohsa II

DreiweibernBurghammer

ScheibeSpreetal NO

RL D/FBluno

NordrandschlauchNordschlauch

SüdostschlauchKortitzmühle

LugteichGräbendorf

Schönfelder SeeLichtenauer See

Drehnaer SeeSchlabend. SeeBischdorfer See

Kahnsdorfer SeeKlinger SeeGreifenhain

Koschen SkadoSedlitzMeuro

Bergheider SeeHeidesee

Kleinleip. SeeFüllvolumen 12/2009 Freies Volumen

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 70: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

334

temporäre und jahreszeitliche Spitzen gezielt zu Flutung zu nutzen.

Abbildung 5.55 zeigt den Abfluss der Spree am Pegel Spreewitz im Ergebnis der Wochen-niederschläge der Station Lohsa, ein für die Lau-sitzer Flüsse typisches Abflussverhalten. Einem geringen Mittelwasserabfluss stehen kurze, er-giebige Hochwasserperioden gegenüber.

Die Entnahmen für die Flutung des Wasser-speichers Lohsa II sind oberhalb des behördlich festgelegten Mindestabfluss (grün) möglich. Die-ser muss gewährleistet werden, um Nutzungs-ansprüche der Unterlieger, wie Wasserwerke, Kraftwerke oder ökologisch sensibler Bereiche, wie der Spreewald, zu sichern. Die Rang- und Reihenfolge der Flutung wird jährlich mit den Behörden neu verhandelt und festgelegt. Beson-ders deutlich wird hier die Notwendigkeit zur schnellen Reaktion auf Hochwasserspitzen. Nur eine ausreichende Dimensionierung der Zuleiter erlaubt es, in den kurzzeitigen Hochwasserperio-den maximale Mengen entnehmen zu können, wie in Abbildung 5.56 erkennbar.

Nach Errichtung aller Einlaufbauwerke kön-nen aus dem Einzugsgebiet der Spree im Hoch-wasserfall kurzzeitig bis zu 43,5 m3/s entnommen werden. Im Einzugsgebiet der Schwarzen Elster beträgt die maximale Flutungswassermenge bei Hochwasser nach Fertigstellung aller Einlauf-bauwerke 27,0 m3/s. Aus dem Einzugsgebiet der Neiße können bei Hochwasser bis zu 14,5 m3/s entnommen werden (Abb. 5.57).

Abb. 5.56 Flutungsanlage Bluno für eine Kapazität bis 5,0 m3/s

Abb. 5.55 Durchfluss-Diagramm Spree am Pegel Spreewitz

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01.0

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27.0

1.09

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06.0

6.09

02.0

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7.09

23.0

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9.09

14.1

0.09

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1.09

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2.09

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2.09

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(Dur

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0

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chla

g)

Wochenniederschlag, Normalwert Wochenniederschlag LohsaMindestabfluss Pegel SpreewitzHochwasser A1

F.-C. Benthaus et al.

Page 71: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

335

Flutungszentrale LausitzUm die Aufgaben einer Steuerung und Bewirt-schaftung der Oberflächengewässer erfüllen zu können, haben die Bund- und Länderministerien beschlossen, mit der „Flutungszentrale Lau-sitz“ (FZL) eine Struktur zu schaffen, welche maximale Wassermengen für die Flutung und Nachsorge der Bergbaufolgeseen der LMBV erschließt und diese optimal durch eine geziel-te Steuerung nutzt. Diese Steuerzentrale richtet sich gemäß der Europäischen Wasserrahmen-richtlinie an den Gewässereinzugsgebieten aus und wirkt über Verwaltungsgrenzen hinweg. Nach intensiver Vorbereitung durch eine länder-übergreifende interministerielle Wasserarbeits-gruppe (LIWAG) konnte die „Flutungszentrale Lausitz“ (FZL) am 14. September 2000 ihren Betrieb aufnehmen.

Für die Beurteilung der Flutungssituation werden ein Einzugsgebiet von ca. 8.000 km2, eine Flusslänge von ca. 250 km Spree, ca. 75 km Schwarze Elster, ca. 60 km Lausitzer Neiße und 220 Meldegrößen aus Referenzstellen der Länder berücksichtigt. Eine kontinuierliche Be-obachtung und Bewertung ermöglicht zeitnahe Reaktionen auf Veränderungen der Abflüsse und deren Nutzung für die Flutung. Die FZL hat bei

Abb. 5.57 Technische Entnahmekapazitäten der Flutungsanlagen in der Lausitz

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

m³/s

14,5 14,5

27,0 27,0

43,5 43,5

Endausbau: 85 m³/s

NeiNei ßßee

SchwarzeSchwarzeElsterElster

SpreeSpree

13,5 13,5

17,5 17,5

40,5 40,5

Summe: 71,5 Summe: 71,5

all ihren Entscheidungen und Stellhandlungen das Gesamtgebiet der Flüsse zu betrachten.

Um die Erschließung von Flutungswasser-mengen zu ermöglichen, ohne in hoheitliche Be-lange einzugreifen, sind zur Bewirtschaftung des natürlichen Dargebots mit den Behörden der Län-dern Brandenburg, Sachsen, Sachsen-Anhalt und Berlin Bewirtschaftungsgrundsätze abgestimmt worden. Danach ist eine Flutung möglich, wenn• die an Referenzprofilen vereinbarten erforder-

lichen Mindestabflüsse überschritten sind• die Füllung der Talsperren und Speicher deren

Betriebsbereitschaft sichergestellt ist• die vergebenen Nutzungsrechte und die Ver-

sorgung ökologisch bedeutsamer Gebiete (z. B. Spreewald) sichergestellt werden.

Das erfordert eine kontinuierliche Bewertung der Abflusssituation in den Flüssen, um auf me-teorologische Ereignisse und sporadische Ein-griffe wie Teichablass und wartungsbedingte Talsperrenabgaben reagieren zu können. Für Ihre Tätigkeit benötigt die FZL umfangreiche Daten zu den Flussgebieten, den Speichern, den Abga-ben und Entnahmen. Diese Informationen wer-den ständig zwischen der Flutungszentrale und den Fachbehörden der Länder ausgetauscht.

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 72: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

336

Alle Betriebsdaten der Flutungsanlagen und die Systemzustände der wasserwirtschaftlichen Anlagen der Landestalsperrenverwaltung (LTV) in Sachsen und des Landesumweltamtes Bran-denburg (LUA) werden täglich erfasst und hyd-rologisch bewertet. Dazu ist ein EDV Programm entwickelt worden, welches eine Prognose für die nächste Woche auf Basis der Erfahrungswer-te erlaubt. Die Eingangsgrößen der Simulations-Modellrechnung sind die Tagesmittelwerte von Durchflüssen, Beckeninhalten, Entnahmen, Ein-leitungen und Klimadaten.

Zur Ermittlung der verfügbaren Flutungswas-sermengen bedient sich die Flutungszentrale des für das Spree/Elstergebiet entwickelten Flutungs-steuerungsmodells GRMSTEU. Das Modell be-ruht auf der Grundlage des von den Ländern

genutzten Langzeitbewirtschaftungsmodells ArcGRM Spree/Schwarze Elster.

Über eine Steueranweisung wird der Betriebs-führungszentrale die Flutungswasserverteilung für die kommende Woche vorgegeben, die dann durch entsprechende Steuerhandlungen umge-setzt und überwacht wird. Eine an der Beschaf-fenheit orientierte Steuerung befindet sich in der Testphase.

In der Abbildung 5.58 ist das Betrachtungs-gebiet der Flutungszentrale Lausitz, in dem die Messwerte aller wasserwirtschaftlichen Anlagen von LUA, LTV, aktiven Bergbau und die zu flu-tenden Tagebaurestlöchern erfasst werden. Die starke Vernetzung der Flutungsbereiche unterei-nander setzt eine umsichtige Steuerung bei der Verteilung der aus den Flüssen entnommenen

Abb. 5.58 Betrachtungs-gebiet Flutungszentrale Lausitz mit den Referenz-pegeln in Brandenburg ( rot) und Sachsen ( grün)

F.-C. Benthaus et al.

Page 73: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

337

Wassermengen voraus. Insgesamt werden zurzeit 27 regelbare Einleitungen, 11 Anbindungen von Gräben an entstehende Bergbaufolgeseen und 18 Überleitungen von Tagebaurestloch zu Tage-baurestloch berücksichtigt. Die Wasserverteilung zwischen den Bergbaufolgeseen ist ein wichtiges Stellglied zur Beeinflussung der Wasserbeschaf-fenheit (Abb. 5.59).

Flutungssteuerung im Südraum Leipzig in MitteldeutschlandAls ökologisch und wirtschaftlich sinnvolle Möglichkeit der Wiedernutzbarmachung der ent-standenen Tagebaurestlöcher ist die Herstellung von Bergbaufolgeseen durch Flutung notwendig. Im Südraum Leipzig lagen mit dem Kulkwitzer See schon Erfahrungen zur Herstellung eines lo-kalen Einzelgewässers vor.

Die Wiederherstellung eines sich weitgehend selbst regulierenden Gebietswasserhaushaltes, zu dem neben den Stand- und Fließgewässern auch das Grundwasser gehört, war damit zu einer re-gional übergreifenden Aufgabe geworden. In der Phase der Sanierung und Vorbereitung der Tage-baurestlöcher für eine Flutung konnten die erfor-derlichen wasserrechtlichen Planfeststellungsver-fahren zur Gewässerherstellung bis 2008 durchge-führt und jeweils zu einem Beschluss geführt wer-den. Damit liegen alle Voraussetzungen vor, die Flutungsvorhaben der LMBV im Raum Leipzig mit der Herstellung des Zwenkauer Sees bis 2014 abzuschließen. Die zu flutenden Bergbauseen mit einem insgesamt aufzufüllendem Volumen von 1,9 Mrd. m3 im Mitteldeutschen Revier wurden durch die bisher durchgeführten Maßnahmen bis Ende 2009 zu 82 % gefüllt.

Der Werbeliner See bei Delitzsch im Norden von Leipzig konnte über eine rund 12 km lange Rohrleitung mit Wasser aus der Luppe geflutet werden. In Sachsen-Anhalt waren mit der Mulde und Saale zwei wasserreiche Flüsse zur Flu-tung des Goitschesees, des Greminer Sees, des Gröbener Sees (Mulde) und des Geiseltalsees (Saale) nutzbar. Mit geeignetem Wasser aus der Sümpfung der Tagebaue Profen und Vereinig-tes Schleenhain der MIBRAG mbH konnte aber auch für den Leipziger Südraum eine gute Lö-sung für schnelle Restlochflutungen gefunden werden (Abb. 5.60).

Auf der Grundlage eines Wasserlieferungs-vertrages zwischen der LMBV mbH und der MIBRAG mbH wurde seit 1998 schrittweise ein 62 km langes Rohrleitungsverbundsystem errichtet (Abb. 5.61). Es wurde damit möglich, die Tagebaurestlöcher Cospuden, Werben, Mark-kleeberg, Störmthal, Hain, Haubitz, Kahnsdorf und Zwenkau schnell zu fluten. Zur Steuerung und Überwachung der Flutung wurde ein Ma-nagement entwickelt, das u. a. die für den Was-seranstieg in den Restlöchern wichtigen geotech-nischen und hydrogeologischen Besonderheiten und Vorgaben berücksichtigt und das verfügbare Flutungswasser nach Menge und Qualität ver-teilt. Qualitätsveränderungen des Flutungswas-sers konnten mit einem angepassten Wasser-lieferkonzept berücksichtigt werden (Benthaus et al. 2009).

Das System zur Überwachung der Rohrlei-tung (DN 600 und DN 800) besteht aus zwei zentralen PC und derzeit 18 Messstationen. Die Software wird den jeweiligen technologischen Bedingungen der Flutung angepasst. Neben den Parametern für die Leckage, werden auch die Unterschreitung bzw. die Überschreitung des technologisch erforderlichen minimalen und maximalen Volumenstroms und die Überschrei-tung des technischen Leitungsschutzes gemeldet (Abb. 5.61).

Zur Einschätzung der verfügbaren und er-forderlichen Wassermengen zur Gewässerher-stellung einschließlich der bergbaubedingten Nachsorge und der Wiederauffüllung der Grund-wasserleiter ist es notwendig, eine Gesamtwas-serbilanz auf der Grundlage eines hydrogeolo-gischen Großraummodells zu erstellen. Hierfür betreiben MIBRAG mbH und LMBV gemein-sam das Großraummodel Südraum Leipzig (s. a. Abschn. 5.6.2).

Die Seen im Südraum Leipzig erhalten einen höhenmäßig festgelegten Abfluss, der die Was-serbilanz aus Neubildung und Verdunstung be-rücksichtigt. Klimabedingt kann es zu erhebli-chen Schwankungen der Höhe von Grund- und Seewasserspiegel kommen, was künftige Nut-zungen der Seen und Fließgewässer beeinträch-tigen kann. Das überschüssige Wasser der Berg-baufolgeseen wird u. a. zur Pleiße oder in die Weiße Elster abgeleitet. In Trockenzeiten muss

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 74: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

338

Abb

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F.-C. Benthaus et al.

Page 75: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

339

der erforderliche Mindestabfluss mit einer ge-zielten Bewirtschaftung der Bergbaufolgeseen durch Nutzung von Speicherräumen, die in der nassen Jahreszeit aufgefüllt und damit herbeige-führt werden.

Zur Erfüllung der aktuellen Anforderun gen gemäß EU-Wasserrahmenrichtlinie können be-

reits in der Flutungsperiode der Seen Maßnah-men gegen eine geogen bedingte Versauerung des Seewassers erforderlich werden (s. Abschn. 5.9). Die Flutung der Bergbaufolgeseen wird deshalb durch ein Netz von See- und Grundwassermess-stellen zur Erfolgskontrolle und Steuerung des Flutungsprozesses überwacht. Die ermittelten

Abb. 5.60 Erreichte Füllung der Bergbaufolgegewässer in Mitteldeutschland

Abb. 5.61 Flutungskonzeption Südraum Leipzig

P

TagebauProfen

Tagebau

Vereinigtes

SchleenhainPP

TagebauProfen

Tagebau

Vereinigtes

SchleenhainP

TagebauProfen

Tagebau

Vereinigtes

SchleenhainP

PleißeWeiße Elster

Borna

Leipzig

Zwenkau

P = Pumpstation

Flutungsvolumen

Flutungszeiten

verlegte Rohrleitungnoch zu verlegende Rohrleitung

1999 - 2008118 Mio. m³

2003 - 2011168 Mio. m³

Cospudener See

Störmthaler See

Bockwitzer See

TRL Haselbach III

TRL GroitzscherDreieck

Werbener See

Zwenkauer See

2006 - 2013174 Mio. m³

1999 - 200868 Mio. m³

1998 - 2000109 Mio. m³

AnlagenbestandAbschnitt Länge Durchmesser

in km DN----------------------------------------------------------------------Profen-Cospuden 23,05 800Abzweig Werben 0,43 500Cospuden-Markkleeberg 9,07 800/600Schleenhain-Witznitz 15,83 600/500Markkleeberg-Störmthal 4,64 800Witznitz-Störmthal 8,30 600

Leitungslänge: 61,32

LMBV-Restsee

MIBRAG-Tagebau

Kahnsdorfer/Hainer See

Stützung mit 7 m³/min

Hydrotechnische Maßnahmen zur Flutungsbeschleunigung, Säure- u. Sulfatverdünnung

Fremdflutungskonzeption SR Leipzig

Fremdflutungsbeginn Zwenkauer See 09.03.2007

Markkleeberger See

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 76: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

340

Ergebnisse dienen als Grundlage für Anpassun-gen der Flutungssteuerungskonzeption für den Südraum Leipzig.

5.8.2 Wasserüberleitung aus der Lausitzer Neiße ins Spree/Schwarze-Elster-Gebiet

Die wasserhaushaltliche Sanierung in den Ein-zugsgebieten der Spree und Schwarzen Elster ist ein wichtiges Kernelement der Braunkohlesanier-ung. Im Gebiet zwischen Boxberg im Osten und Senftenberg im Westen entstehen Bergbaufolg-eseen mit einer Fläche von 9.400 ha und einem Volumen von 1,3 Mrd. m3. Die für die Füllung der entstehenden Bergbaufolgeseen benötigten Wassermengen sind aus dem Aufkommen der Spree und Schwarzen Elster allein nicht bereit zu stellen. Weitergehende Untersuchungen zur Erschließung zusätzlicher Wassermengen für die Füllung berücksichtigen die Spree und die in ihrem Verlauf gelegenen Talsperren und wasser-wirtschaftlichen Speicher.

Die Abflussganglinie am Pegel Neuwiese (un-mittelbar stromab von Hoyerswerda gelegen) belegt das eindeutig (Abb. 5.62). Ein Durchfluss von beispielsweise 5 m3/s wird an mehr als 300 Tagen unterschritten.

Durch die Reduzierung der bergbaulichen Wassereinleitung in Folge fortschreitender berg-männischer Sanierung war zudem mit einem weiteren Rückgang der Abflüsse zu rechnen. Aus

der Schwarzen Elster werden deshalb nur Hoch-wasserspitzen zur Verfügung stehen. Die Ent-nahmebauwerke entlang der Schwarzen Elster wurden auf die Ableitung von bis zu 5 m3/s, in Ausnahmefällen auf 15 m3/s ausgelegt.

Für eine Wasserüberleitung aus dem Ein-zugsgebiet der Spree in das Einzugsgebiet der Schwarzen Elster bot sich eine nahe der Ort-schaft Spreewitz gelegene Stelle, bei Flusskilo-meter 267, als geeignet an. Abbildung 5.63 zeigt das auf 2 m3/s ausgelegte Entnahmebauwerk am Ufer der Spree. Im Hintergrund ist die Pump-station zur Überleitung des Wassers in Richtung „Oberer Landgraben“ zu sehen.

Abbildung 5.64 gibt den Lageplan der Wasser-überleiter Spree-Schwarze Elster wieder. Über die anschließende, ca. 7,9 km lange Doppelrohrlei-tung (3) mit einer Nennweite von 1.000 mm wird die Wasserscheide zwischen Spree und Schwar-zer Elster überwunden und das Wasser in das Einzugsgebiet der Schwarzen Elster geleitet (4). Den Weitertransport zu den entstehenden Berg-baufolgeseen übernimmt der aus vorbergbauli-cher Zeit existierende „Obere Landgraben“ (5). Durch Stichkanäle können die Bergbaufolgeseen Spreetal Nordost (9), Spreetal/Bluno (8) sowie Skado (7) und Sedlitz (6) bedarfsgerecht geflutet als auch in die Nachsorge eingebunden werden.

Eine Aufwältigung des „Oberen Landgra-bens“ sowie dessen Ausbau als gedichtetes Ge-wässer einschließlich der zugehörigen Anlagen für die Wasserverteilung ist erfolgt. Die vorlau-fenden technischen und wirtschaftlichen Unter-

Abb. 5.62 Abflussdauer-linie Pegel Neuwiese (DJG 2005)

0

5

10

15

20

25

0 30 90 150 210 270 330 360

Dur

chflu

ss in

m³/s

Unterschreitungshäufigkeit in Tagen

F.-C. Benthaus et al.

Page 77: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

341

suchungen zum Betrieb der Überleitung zeigten jedoch, dass unter Berücksichtigung der auch im Spreegebiet zu füllenden Bergbaufolgeseen das Wasserdargebot der Spree nicht ausreicht, um eine qualitätsgerechte Flutung der Bergbaufolge-seen mit den verfügbaren Wassermengen sichern zu können. Auch die im Oberlauf der Spree ge-legenen Talsperren und wasserwirtschaftlichen Speicher können nicht ausreichende Wassermen-gen für Trinkwasser, Kraftwerke und Flutung be-reitstellen.

Es wurden weitere Möglichkeiten der Erhö-hung der notwendigen Wassermengen geprüft.

Eine Untersuchung zur Entnahme von Wasser-mengen aus der Elbe und Überleitung brachte keine wirtschaftlich zufriedenstellenden Ergeb-nisse hinsichtlich Menge und Beschaffenheit. Eine gründliche Bewertung der technischen Rea-lisierbarkeit, der Genehmigungsfähigkeit sowie eine Abschätzung der notwendigen wirtschaft-lichen Aufwendungen führten zu dem Ergebnis, dass diese Überleitungen mit vertretbarem tech-nischen und wirtschaftlichen Aufwand nicht zu realisieren sind (LMBV 1992).

Alternativ dazu wurde die Möglichkeit einer Wasserüberleitung aus der Lausitzer Neiße

Abb. 5.64 Wasserüberleitung aus der Spree in das Schwarze Elster – Gebiet, 1 Spree, 2 Pumpstation Spree-witz, 3 Rohrleitung Pumpstation Spreewitz – Schwarze Pumpe, 4 Rohrleitung Schwarze Pumpe – Oberer Land-

graben, 5 Oberer Landgraben, 6 Sedlitzer See, 7 Skadoer See, 8 Bergbaufolgesee Spreetal/Bluno, 9 Bergbaufolg-esee Spreetal- Nordost

Abb. 5.63 Entnahmebau-werk bei Spreewitz. (Foto: Radke)

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 78: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

342

untersucht (THA 1994). Die Lausitzer Neiße als Grenzfluss zwischen der Republik Polen und der Bundesrepublik Deutschland ist der was-serreichste Fluss in der Lausitz. Die Abfluss-ganglinie für den Pegel Görlitz zeigt die Abbil-dung 5.65. Hier werden Abflüsse von 5 m3/s nur an weniger als 10 Tagen unterschritten.

Der Verlauf des Abflussganges zeigte eine zeitlich begrenzte Wasserentnahme zur Überlei-tung in das Schwarze Elster- Gebiet als möglich an. Erste Untersuchungen über die Auswirkun-gen auf den Unterlauf einer auf 2 m3/s begrenzten Wasserentnahme aus der Lausitzer Neiße führten zu weiteren Bearbeitungen über die technische Machbarkeit.

Mögliche Entnahmestellen an der Lausitzer Neiße zur Überleitung im freien Gefälle lagen günstig. Die Einzugsgebietsgrenze zwischen Lausitzer Neiße und Spree ist nur wenige Kilo-meter entfernt und erfordert nur kurze Rohrlei-tungen zu deren Überwindung. Für den weite-ren Transport des Wassers bis zur Pumpstation Spreewitz – der Überleitung in das Schwarze Elster- Gebiet – bietet sich das vorhandene Ge-wässersystem von Schöps und Spree ohne zu-sätzliche Pumpstationen an (LMBV 1996a).

Parallel dazu wurde die Ausschöpfung der Re-serven aus den im Oberlauf der Spree gelegenen Talsperren Bautzen und Quitzdorf untersucht. Gemeinsam mit der in Brandenburg gelegenen Talsperre Spremberg liefern die Talsperren Baut-zen und Quitzdorf einen Beitrag zur Niedrigwas-seraufhöhung der Spree. Im Ergebnis konnte die LMBV mit der Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen – dem Betreiber der Talsper-

ren – eine Vereinbarung über die Bereitstellung von 20 Mio. m3 Wasser aus den Talsperren Baut-zen und Quitzdorf in den Monaten Mai bis Sep-tember abgeschlossen werden. Die Abforderung erfolgt in Abhängigkeit von der aktuellen Ab-flusssituation sowie dem Bedarf in Abstimmung mit den Behörden des Freistaates Sachsen und des Landes Brandenburg durch die LMBV.

Für die Wasserentnahme aus dem Grenzfluss Lausitzer Neiße wurden vorlaufend umfangrei-che Untersuchungen über die Auswirkungen des Vorhabens auf die Umwelt der deutschen und der polnischen Seite entlang des Flusses vorgenom-men (LMBV 2000b). Sie führten zu einer Verle-gung der ursprünglich vorgesehenen Entnahme-stelle aus Gründen einer Verringerung der Be-einflussung vorhandener Wasserkraftnutzungen durch die Wasserentnahme flussabwärts in die Nähe der Ortschaft Steinbach. Außerdem wurde die Trassenführung für den Transport des Was-sers aus der Lausitzer Neiße in Richtung Spree mit dem Ziel verändert, den Eingriff in den Na-turhaushalt zu minimieren.

Mit der Unterrichtung über das Projekt im Dezember 1998 wurde bei der verfahrensfüh-renden Behörde, dem Regierungspräsidium Dresden, das Genehmigungsverfahren eröffnet. Dem grenzüberschreitenden Charakter des Vor-habens Rechnung tragend, waren neben den für die Bundesrepublik Deutschland gültigen Vor-schriften (UVPG 2002), (VwVfG 1998) auch internationale Vereinbarungen zu beachten. Es handelt sich dabei um die Espoo-Konvention zur Umweltverträglichkeitsprüfung im grenzüber-schreitenden Rahmen (UNECE 1991) sowie um

Abb. 5.65 Abflussdauer-linie am Pegel Görlitz (Lausitzer Neiße) (LMBV 1996a)

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0 30 90 150 210 270 330 360

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m³/s

Unterschreitungshäufigkeit in Tagen

F.-C. Benthaus et al.

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343

die vertraglichen Regelungen zwischen der Bun-desrepublik Deutschland und der Republik Polen bezüglich der Zusammenarbeit auf dem Gebiet des Umweltschutzes (D-PL 1994b) und auf dem Gebiet der Wasserwirtschaft an den Grenzge-wässern (D-PL 1994a). Um Erfahrungen bei der Umsetzung der Espoo-Konvention zu sammeln und Empfehlungen für ähnlich gelagerte Vorha-ben zu entwickeln, wurde im Auftrag des Bun-desministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit durch das Bundesumweltamt ein Praxistest initiiert, durch den das Genehmi-gungsverfahren wissenschaftlich begleitet wurde (UBA 2002).

Im Ergebnis umfangreicher Abstimmungen in der Deutsch/Polnischen Grenzgewässerkommis-sion wurden• der Umfang an Untersuchungen auf deutscher

und polnischer Seite für die Umweltverträg-lichkeitsprüfung festgelegt

• eine Wasser- und Stoffmengenbilanz für die Lausitzer Neiße von Zittau bis zur Mündung in die Oder als Grundlage für eine wasserwirt-schaftliche Bewertung der Wasserentnahme veranlasst.

Die durch die Außenstelle Breslau des Institutes für Wasserwirtschaft und Meteorologie (IMGW) bearbeitete Wasser- und Stoffmengenbilanz (IMGW 2001) erbrachte für die Entscheidung im Planfeststellungsverfahren wichtige Aus-sagen. Zwar tritt eine geringfügige Beeinträch-tigung der Wasserkraftnutzung durch die Was-serentnahme aus der Lausitzer Neiße ein, die ökologischen Auswirkungen jedoch sind sehr gering und werden durch die jahreszeitlichen Schwankungen des Wasserstandes im Gewässer überlagert.

Nach Einreichung des 32 Order umfassenden Antrages auf Planfeststellung im August 2000 beim Regierungspräsidium Dresden (LMBV 2000c) erfolgte die Beteiligung der zuständigen Behörden sowie der Öffentlichkeit der Bundesre-publik Deutschland und der Republik Polen. An-schließend wurden die Einwände und Stellung-nahmen von Betroffenen behandelt. Mit Datum vom 17.12.2004 wurde der Planfeststellungsbe-schluss mit 136 Nebenbestimmungen erlassen. Besondere Bedeutung haben u. a.

• Durchführung eines Monitoring zur Bewer-tung des Eingriffs in den Wasserhaushalt vor, während und nach der Wasserentnahme

• Messung der Durchflüsse in der Lausitzer Neiße ober- und unterhalb des Entnahmebau-werkes sowie der Entnahmemenge und Über-mittlung der Daten an das IMGW, Außenstelle Breslau

• Wasserentnahme erst bei Durchflüssen ober-halb einer aus dem Monitoring abgeleite-ten und von der Grenzgewässerkommission bestätigten Größe.

Die Wasserentnahme wird durch ein Einlaufbau-werk auf der deutschen Uferseite der Lausitzer Neiße realisiert. Es besteht aus einer im Hoch-wasserprofil ebenerdig angeordnete Einlauf-kammer. Der Zufluss wird durch ein Streich-wehr mit Überlaufschwelle geregelt. Die Höhe der Überlaufschwelle ist regelbar und kann dem festgelegten Grenzwert für die Wasserentnahme angepasst werden. Ein Schwimmbalken als Ab-weiser für Treibgut sowie ein Rechen mit einer integrierten Fischscheuche sind vorgeschaltet. Die Reinigung des Rechens erfolgt hydraulisch (Abb. 5.66).

Über zwei Stahlbetonrohrleitungen wird das Wasser im freien Gefälle der ca. 100 m ent-fernt liegenden Pumpstation zugeleitet. Sie liegt außerhalb des Hochwasserprofils und besteht aus einem tiefer liegenden Nassraum und einem höher gelegenen Steuerraum. Zwei im Nassraum angeordnete Tauchmotorpumpen zu je 560 kW heben das Wasser auf die Höhe einer ca. 11 km langen Rohrleitung mit einer Nennweite von 1.400 mm. Im Steuerraum sind die elektrischen Anlagen sowie die Mess- und Steuereinrichtun-gen installiert. Abbildung 5.67 zeigt eine Prinzip-skizze des Entnahmebauwerkes.

Die Betriebsdaten der Pumpstation werden zu der automatisch arbeitenden Messwarte über-tragen, in der auch die Daten über die Durch-flussmessungen in der Lausitzer Neiße ober- und unterhalb der Entnahmestelle auflaufen und on-line der Flutungszentrale Lausitz in der LMBV sowie der Außenstelle Breslau des Institutes für Wasserwirtschaft und Meteorologie zur Verfü-gung stehen.

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

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344

Die Rohrleitung NW 1400 zur Überwindung der Wasserscheide zwischen Lausitzer Neiße und Spree ist mit Zementmörtel ausgekleidet. Zur Erhöhung der Lebensdauer ist diese mit einer Kunststoff – Ummantelung versehen. Sie ver-fügt über 16 mit Druckmessdosen versehenen Kontrollschächte sowie 3 Entlüftungsschächte an den Hochpunkten der Rohrleitung. Sie endet im Quellteich Quolsdorf, von wo aus der wei-tere Transport des Wassers über das bestehende bzw. auszubauende Gewässersystem der Spree in Richtung Pumpstation Spreewitz erfolgt. Über die Gewässer Weißer Schöps, Neugraben,

Schwarzer Schöps und Spree hat das Wasser ins-gesamt ca. 39 km bis zur Pumpstation Spreewitz zurückzulegen.

Zusätzlich mussten im Verlauf der Neißewas-serüberleitung ca. 6,5 km Gewässer sowie 12 Straßenkreuzungen den geänderten Durchfluss-bedingungen angepasst werden. Im Verlauf der Rohrleitung und des Gewässerausbaus wurden 34 Medienleitungen und an 7 Stellen die Gleise der Deutschen Bahn oder der Werkbahn der Vat-tenfall Europe gequert.

Die Wasserüberleitung aus der Lausitzer Neiße ist ein zentrales Element für die wasser-

Abb. 5.66 Einlaufkam-mer am Ufer der Lausitzer Neiße bei Steinbach. (Foto: Radke)

Abb. 5.67 Prinzipdarstellung Einlaufbauwerk aus der Neiße

F.-C. Benthaus et al.

Page 81: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

345

wirtschaftliche Sanierung in den Braunkohlenab-baugebieten der Lausitz. Sie unterstützt die erfor-derliche Beschleunigung der Füllung der Berg-baufolgeseen aus dem Aufkommen der Neiße.

Die Wasserentnahme aus der Lausitzer Neiße bedeutet einen Eingriff in das Abflussgeschehen des Grenzflusses. Dieser Eingriff wird durch ein zwischen den Behörden der Bundesrepub-lik Deutschland und der Republik Polen abge-stimmtes Monitoring überwacht. Dabei werden sowohl das Abflussgeschehen als auch die Wir-kungen der Wasserentnahme auf die Naturaus-stattung überwacht und in der deutsch-polni-schen Grenzgewässerkommission bewertet. Der beiderseitige Zugriff auf Daten der Durchfluss-messung an der Pumpstation Steinbach und die damit mögliche sofortige Kontrolle der Einhal-tung der vorgegebenen Entnahmegrenzen dient der Vertrauensbildung. Durch eine gute Zusam-menarbeit der zuständigen Stellen der Bundesre-publik Deutschland und der Republik Polen war die Neißewasserüberleitung zu realisieren und wird auch einen langfristigen Betrieb ermögli-chen.

5.8.3 Hochwasserentlastung der Weißen Elster in den Tagebausee Zwenkau

Der Tagebau Böhlen wurde seit 1921 südwestlich von Leipzig entwickelt. Mit der Fortführung des Tagebaues in das Baufeld westlich der Batsch-ke kam es zur Inanspruchnahme von Teilen der südlichen Elsteraue und zur Umbenennung des Tagebaues in Tagebau Zwenkau (Abb. 5.68). Der bergbauliche Gesamteingriff ist durch die Gewinnung von 586 Mio. t Kohle und die dazu notwendige Bewegung von ca. 1.450 Mio. m3 Abraum verursacht.

Zur Freimachung des Westfeldes wurde die bereits 1927 wasserwirtschaftlich begradigte und regulierte Weiße Elster zwischen 1973 und 1978 als Ersatzinvestition in ein künstliches und gedichtetes neues Flussbett verlegt (Abb. 5.69). Durch diese Verlegung der regulierten Weißen Elster wurden ehemals vorhandene natürliche Hochwasserretentionsräume bergbaubedingt be-seitigt.

Vor der Stilllegung und Wiedernutzbarma-chung des Tagebaues Zwenkau realisiert die LMBV im Einklang mit dem Braunkohlenplan Zwenkau/Cospuden (RPV 2006) den wasser-

Abb. 5.68 Eingriff des Tagebaues Zwenkau in die Elsteraue südlich von Leipzig

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 82: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

346

wirtschaftlichen Planfeststellungsantrag (LMBV 2005).

In Abstimmung mit der Landestalsperren-verwaltung wird zum Hochwasserschutz für die Weiße Elster am künftigen Zwenkauer See ein Hochwasserspeicherraum zwischen 113,5 m NHN und 115,6 m NHN einschließlich der An-lagen zur Zu- und Ableitung geplant. Dieser dient als Ersatz für die verloren gegangenen Hochwas-serrückhalteräume in der Elsteraue, die bergbau-lich in Anspruch genommenen wurden. Für die Auslegung des Speichers gilt es hierbei die Zeit-dauer des Hochwasserfalles nach Überschrei-ten des Abflusses von 450 m3/s am kritischen Durchflussquerschnitt im Stadtgebiet Leipzig zu begrenzen. Mit den geplanten Anlagen zur Ent-lastung der Weißen Elster am Standort Zitzschen sollen bei Auftreten eines HQ150 = 580 m3/s am Pegel Kleindalzig bis zu 130 m3/s in den Hoch-wasserspeicher eingeleitet werden.

Im Ergebnis der Untersuchungen zur Stand-ortwahl der Hochwasserüberleitung unter Be-rücksichtigung der Investitionskosten und Ein-

griffe in die durch den Freistaat Sachsen neu festgelegten FFH-Gebiete und das Landschafts-schutzgebiet Elsteraue wurde in Abstimmung mit der Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen, dem Regierungspräsidium Leipzig und der Regionalen Planungsstelle des Planungs-verbandes Westsachsen der Standort Zitzschen, Fluß-km 57 + 835 der Weißen Elster, als weiter zu verfolgende Lösung festgelegt.

Teilvorhaben der Hochwasserentlastung ist das mit drei Rollschützen gesteuerte Abschlags-bauwerk Zitzschen mit einem 500 m langen Überleitungsgraben. Ergänzend mussten das Kreuzungsbauwerk der Bundesstraße B 186 über den Überleiter und eine 400 m lange Sohlrampe mit Einlauf in den entstehenden Bergbaufolgesee Zwenkau errichtet werden (LMBV 2007). Im Nordwesten des Bergbaufolgesees war ein zwei-zügiger Betriebsauslass zur Weißen Elster süd-lich von Hartmannsdorf zu errichten. Auch war ein Wehr in der Weißen Elster vorgesehen, um eine gesteuerte Beaufschlagung des Hochwasser-speichers unabhängig von den Abflussverhältnis-

Abb. 5.69 Verlegtes Flussbett der Weißen Elster am Rand des Tagebaus

F.-C. Benthaus et al.

Page 83: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

347

sen der Weißen Elster zu ermöglichen. Die ge-plante Gesamtkonzeption für die erforderlichen wasserwirtschaftlichen Maßnahmen im Tagebau-bereich Zwenkau unter Beachtung des Hochwas-serschutzes ist in Abbildung 5.70 dargestellt.

Für das Abschlagsbauwerk am Standort Zitz-schen wurden Modellversuche an einem physi-kalischen Modell der TU Dresden durchgeführt, um die Wirksamkeit der Hochwasserüberleitung mit und ohne Querbauwerk in der Weißen Els-ter zu bewerten sowie die optimale Einlauf- und Tosbeckengestaltung für die Abflussleistung von 130 m3/s zu ermitteln (TUD 2006) (Abb. 5.71).

Während der Modellversuche wurden drei Va-rianten A, B und C untersucht:Variante A: Modellaufbau mit Wehr in der

Weißen Elster, gesteuert und voll-ständig geöffnet, ohne Treibgutab-weiser

Variante B: Modellaufbau ohne Wehr in der Weißen Elster, Modifikationen am Einlaufbereich, Anordnung eines Treibgutabweisers,

Variante C: Weitere Optimierung des Einlauf-bereiches und des Treibgutabwei-sers.

Die Funktionstüchtigkeit der Bauwerke für die Abflussreihe HQ50, HQ100, HQ150 und HQextrem und für die Varianten B und C sowie die Ge-brauchstauglichkeit des im Einlaufbereich an-geordneten Treibgutabweisers waren zu unter-suchen und zu bewerten. Durch Wasserstands-, Geschwindigkeits- und Abflussmessungen sowie visuelle Beobachtungen konnten Optimierungen an den Bauwerken vorgenommen werden.

In den Untersuchungen zu Variante A (ohne Anordnung eines Treibgutabweisers) konnte festgestellt werden, dass die geforderte Überlei-tung von bis zu 130 m3/s in den Tagebau Zwen-kau bei Auftreten eines HQ150 und Einhaltung der (n-1)-Bedingung am Abschlagsbauwerk auch bei vollständiger Öffnung des Wehres in der Wei-ßen Elster möglich ist.

Zur Verifizierung dieses Ergebnisses war in den Varianten B und C die Leistungsfähigkeit des Abschlagbauwerkes bei unverbautem Elsterquer-schnitt zu bestimmen. Als Ergebnis der Unter-suchungen zur Variante B konnte die geforderte

hydraulische Kapazität für das HQ150 ebenfalls nachgewiesen werden.

Aus den Erkenntnissen zur Variante B waren aufgrund ungünstiger Anströmbedingungen sowie eingeschränkter Funktionstüchtigkeit des Abweisers (Abtauchen infolge zu hoher Unter-strömungsgeschwindigkeiten) bei hohen Ab-schlagsmengen Anpassungen am Einlaufbereich und am Treibgutabweiser erforderlich. Dazu wurde eine optimierte Variante C untersucht, bei welcher der Einlaufbereich aufweitet und der Treibgutabweiser in Bereiche geringerer Zulauf-geschwindigkeiten verlegt wurde.

Mit diesen Veränderungen konnten für die Variante C abschließend die hydraulische Leis-tungsfähigkeit bei unverbautem Elsterquerschnitt sowie die Funktionstüchtigkeit des Treibgutab-weisers für die entsprechenden Betriebszustände des Abschlagsbauwerkes nachgewiesen werden (Kubens 2007).

Im Ergebnis der Modellversuche wurden die planerischen Grundlagen für die weitere Ent-wurfsbearbeitung der Teilvorhaben geschaffen. Der dadurch erreichte wirtschaftliche Effekt wird durch Einsparungen von ca. 3 Mio. € Investi-tionskosten geprägt.

5.9 Chemische Maßnahmen

5.9.1 Überblick

Die wesentlichen hydrochemischen Proble-me bei der Herstellung von Bergbaufolgeseen im Braunkohlenbergbau sind die Versauerung (Acidität), ein hoher Elektrolytgehalt und hohe Metallkonzentrationen (Abb. 5.72). Durch che-mische Maßnahmen zur Neutralisation wird die Konzentration der meisten Metalle auf ein ge-wässerökologisch verträgliches Maß verringert. Spezifische Behandlungsverfahren zur Metall-elimination sind deshalb in der Regel nicht erfor-derlich. Die Sulfatkonzentration bleibt von che-mischen Neutralisationsmaßnahmen unberührt. Eine hohe Sulfatkonzentration ist vor allem für die unterliegenden Gewässernutzer (z. B. Trink-wassergewinnung, Kühlwasser für Kraftwerke),

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 84: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

348

Abb. 5.70 Wasserwirtschaftliche Gesamtkonzeption Bergbaufolgesee Zwenkau

W asserwirtschaftliche Gesamtkonzeption Bergbaufolgelandschaftssee Zwenkau m it Hochwasserentlastung W eiße Elster

Floßgraben B A Vorfluter Ost

Abschlag R eg. W eiße Elster

Bemessungswasserstand:

Höchstes S tauziel: S tauziel:Dauerstauziel:Absenkziel:

O berirdisches E inzugsgebiet:

O berirdischer Zufluss aus A EO:

Zufluss über Batschke:Zufluss über R.W .E lster:

Zufluss bei BHQ über S tandort Zitschen:

Zwenkauer See115,60 mN H N

ZH = 115,60 mN H NZs = 113,80 mN H NZD = 113,50 mN H NZA = 113,10 mN H N

A EO = 31,4 km 2

m ax 200 l/smin 20 l/s

0 l/sca. 500 l/s

130 m 3/s

G rundwasserbürtiger Abfluss: bei 113,5 mN HNbei 114,1 mN HN

Abfluss über Floßgraben:

213 l/s203 l/s

0,50 m 3/s m ax 1,75 m 3/s

HW -Überleitung Z itschen 130 m³/s

Staubauwerk R .W .Elster

Abschlagbauwerk Batschke

W ehr "M ühle Z wenkau"

Dam mbalkenwehr Batschke

Einlaufbauwerk Z wenkauer See

Einleitung Süm pfungs-wasser Profen

Betriebsauslass W eiße Elster

Einleitung Sümpfungs-wasser Schleenhain

Betriebsauslass IFloßgraben

Betriebsauslass II Floßgraben

FloßgrabenBA Verbindungsgraben

H ochwasserschutzraum:Stauinhalt:Entleerungszeit:Ü berleitung in W eiße E lster

Zusätzlicher H ochwasserschutzraum: S tauinhalt:Entleerungszeit:Ü berleitung in Floßgraben

Betriebsraum:(Betriebsauslass I geöffnet)

114,15 bis 115,60 mN HN 15 Mio m 3

21 Tage

113,80 bis 114,15 mN HN3,5 M io m ³

113,10 bis 113,80 mN HN

Floßgraben BA Anbindungsgraben

R iegeldam m

F.-C. Benthaus et al.

Page 85: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

349

weniger für die Biozönose ein Problem (Sonntag 2007).

Bei der Sanierung saurer Bergbaufolgeseen werden durch Zugabe von Alkalinität oder durch Entzug von Acidität aus dem Seewasser die Was-serstoffionen neutralisiert und dabei die Hydro-gensulfat-, Eisen- und Aluminiumpuffer über-wunden (s. Abschn. 5.3). Dabei soll der pH-Wert des Sees ins Neutrale überführt und dort hydro-chemisch stabilisiert (gepuffert) werden.

Bei der Fremdflutung wird neutrales Wasser aus nahe gelegenen Flüssen, Speicherbecken oder aus der Wasserhaltung der Gewinnungsbe-triebe in die sauren Bergbaufolgeseen eingeleitet. Das Flutungswasser wirkt auf die Beschaffenheit der Bergbaufolgeseen durch die Effekte der che-mischen Neutralisation, der Verdünnung und der Verdrängung (Abb. 5.73).

Die chemische Behandlung saurer Bergbau-folgeseen erfolgt durch Neutralisation. Geeignete Oxide, Hydroxide und Karbonate der Alkali- und Erdalkalimetalle werden dem Wasser zugegeben (Abb. 5.74).

Da Sulfat das Hauptanion in den sauren Bergbaufolgeseen darstellt, kann eine Entsäue-rung auch durch eine biologische Behandlung erreicht werden (Abb. 5.75). Voraussetzung für die Sulfatreduktion sind ein anaerobes Milieu (Saprobisierung) und das Vorhandensein ab-

Abb. 5.71 Physikalisches Modell Hochwasserschutz

Abb. 5.72 Stoffliche Problemmatrix saurer Bergbau-folgeseen und grundlegende Verfahrensansätze zur Pro-blemlösung

VerdünnungHydroxidischeMetallfällung

ChemischeNeutralisation

BiologischeSulfatreduktion

ChemischeSulfatfällung

SulfidischeMetallfällungMetalle

Fe Al MnZn Ni Co As

Sulfat

pHAcidität

Elektro-chemischeWasser-

behandlung

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 86: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

350

baubarer organischer Kohlenstoffverbindungen (s. Abschn. 5.10). Die organische Substanz kann beispielsweise durch Algenwachstum im See selbst gebildet (kontrollierte Eutrophierung) oder von außen in den See eingebracht werden. Wei-terhin ist entscheidend, dass die Sulfatreduktion irreversibel erfolgt und der reduzierte Schwefel in Form von Eisenmono- bzw. Eisendisulfiden im Sediment festgelegt wird, und nicht in Form von H2S aus dem Gewässer entweicht.

Die Wahl des geeigneten Verfahrens bzw. der geeigneten Verfahrenskombination hängt von einer Reihe seespezifischer Faktoren, wie der

Seegröße, dem Füllstand, den Eintragspfaden der Stoffe und Säuren sowie dem Flutungskonzept ab (LUA 1995). In Abbildung 5.76 sind mögliche verfahrenstechnische Lösungen dargestellt. Nur in seltenen Fällen wird lediglich eines dieser Ver-fahren zur Anwendung gelangen, da die Wirkun-gen der Verfahren übergreifend sind. Die Zuord-nung der Lösungen erfolgt nach Haupteintrags-pfaden für die Säuren und Neutralisationsmittel sowie nach den Wirkprinzipien des Verfahrens. Als Haupteintragspfade werden das Flutungs-wasser, das Seewasser, das Grundwasser sowie die Böschungen und Sedimente unterschieden.

Abb. 5.73 Prozesse der Seeneutralisation durch Verdünnung und Verdrängung

NeutralisationH+ + HCO3

- H2O + CO2

HSO4- + HCO3

- SO42- + H2O + CO2

Fe3+ + 3 HCO3- Fe(OH)3 + 3 CO2

Al3+ + 3 HCO3- Al(OH)3 + 3 CO2

Flutungswasser

Verdrängung

Verdünnung

Fremdflutung

Abb. 5.74 Prozesse der chemischen Behandlung

Chemische BehandlungCa(OH)2

NeutralisationH+ + 1/2 Ca(OH)2 H2O + 1/2 Ca2+

HSO4- + 1/2 Ca(OH)2 SO4

2- + H2O + 1/2 Ca2+

Fe3+ + 3/2 Ca(OH)2 Fe(OH)3 + 3/2 Ca2+

Al3+ + 3/2 Ca(OH)2 Al(OH)3 + 3/2 Ca2+

NebenreaktionenCa2+ + SO4

2- + 2H2O CaSO4 . 2H2O

Ca2+ + CO32- CaCO3

F.-C. Benthaus et al.

Page 87: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

351

Die Wirkprinzipien sind hydraulischer, chemi-scher oder biologischer Natur. Die Verfahren sind je nach Konstellation des Bergbaufolgesees unterschiedlich geeignet. Deshalb sind in der Planungsphase eine detaillierte hydrochemische Untersuchung der Bergbaufolgeseen und ein ob-jektkonkreter Entwurf der Maßnahmen erforder-lich (Abb. 5.76).

5.9.2 Chemische Neutralisation

Die chemische Neutralisation saurer Bergbau-folgeseen durch Dosierung chemischer Neutrali-sationsmittel entspricht gegenwärtig dem Stand der Technik. Eine aktuelle Übersicht über Roh-stoffe, Wirkungsweise und Einsatzgrenzen von chemischen Dosierverfahren wird in Totsche und Steinberg 2004 gegeben. Ihre strategische Rolle im Sanierungsbergbau wird in Grünewald und Uhlmann 2004 näher beleuchtet. Bezüglich des Ortes der chemischen Einflussnahme kann unter-schieden werden:• Konditionierung des Flutungswassers• direkte Behandlung des Seewassers• Behandlung des Auslaufs aus den Seen.

Konditionierung des Flutungswassers Um die Neutralisationswirkung des Oberflächenwassers

aus der Fremdflutung zu erhöhen, besteht die Möglichkeit, das Wasser vorzukonditionieren. Dafür kommt eine Anhebung der Alkalinität durch Zugabe alkalisch wirkender Stoffe (z. B. Kalkhydrat, Soda) in Betracht. Als ungünstig erweist sich der geringe Gehalt an freier Koh-lensäure in den für die Flutung der Bergbaufolg-eseen genutzten Fließgewässern. Durch Zugabe von Kohlendioxid wird die Löslichkeit calcium-getragener Neutralisationsmittel deutlich verbes-sert. Dabei kann die natürliche Säurekapazität des Flutungswassers von etwa 1 mmol/L auf mindestens 3 bis 5 mmol/L erhöht werden.

Direkte Behandlung des Seewassers Die alka-lisch wirkenden Chemikalien können direkt in den See, als so genanntes In-Lake-Verfahren, oder in einen Wasserstrom zum See, beispiels-weise an einem Überleiter zwischen zwei Seen, als so genanntes On-Site-Verfahren dosiert werden. Die entstehenden Eisenhydroxid- und Aluminiumhydroxidschlämme verbleiben im Bergbaufolgesee. Für die In-Lake-Verfahren sind unterschiedliche technische Lösungen geeignet (Tab. 5.17).

Behandlung des Auslaufwassers aus den Seen Die Wasserbehandlung am Auslauf von Bergbaufolgeseen kann mit herkömmlichen

Abb. 5.75 Prozesse der biologischen Behandlung

Biologische Behandlung

Fe(OH) + SO3 42- + 2H+ + 9/4Corg FeS + 9/4CO2 + 5/2H2O

Fe(OH)3 + 2SO42- + 4H+ + 15/4Corg FeS2 + 15/4CO2 + 7/2H2O

Corg

H+SO42-

Fe(OH)3

Sulfatreduktion und Eisensulfidbildungim Sediment

CO2

P, N

Corg

Eutrophierung

Saprobisierung

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 88: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

352

Technologien, wie sie in Grubenwasserrei-nigungsanlagen seit Jahrzehnten erfolgreich angewendet werden, erfolgen. In Abhängigkeit vom Volumenstrom werden die Anlagen sta-tionär oder mobil ausgebildet. In jedem Falle ist jedoch eine Verbringung der entstehenden Schlämme erforderlich. Diese Variante als „End-Of-Pipe-Lösung“ wird nur dort angewen-det, wo Fließgewässer durch das abströmende Seewasser unmittelbar gefährdet sind und eine In-Lake-Behandlung nicht zur Anwendung kom-men kann.

Wegen des Zustroms sauren Grundwassers kön-nen zahlreiche Bergbaufolgeseen den neutralen Zustand jedoch nicht lange aufrechterhalten. Um den neutralen Zustand zu erhalten, müssen in diesen Fällen Nachsorgemaßnahmen regelmäßig nachgeführt werden.

5.9.3 Dosierchemikalien und Reaktivität

DosierchemikalienZur chemischen Neutralisation saurer Bergbau-folgeseen stehen zahlreiche alkalisch wirkende

Tab. 5.17 Technische Auslegung von In-Lake-Verfahren zur chemischen Neutralisation von BergbaufolgeseenAusbringungsprinzip Technische Lösung BeispieleRohrleitung Regner Koschen 2004

Düsen Bockwitz 2004/2005Umwälzpumpen

Boot bzw. Ponton Flexible Zuleitung vom Ufer Horstteich 2005Beladung am Ufer, flächenhaftes Ausbringen Skandinavien Burghammer 2009

Flugzeug/Hubschrauber Flächenhaftes Ausbringen Skandinavien

Abb. 5.76 Systematisierung der verfahrenstechnischen Lösungen nach Eintragspfad und Wirkprinzip

chemisch biologischhydraulisch

See-wasser

Flutungs-wasser

Grund-wasser

BöschungenSedimente

Dichtteppich

chemischvorkonditioniert

Trichterprinzip

BrunnenriegelWasserhebung und -behandlung

Wirkprinzipien

Filterteppich

Tauchwandoder Damm

Fremdflutung

Dosierverfahren(in-lake, on-site, Auslauf)

ElektrochemischeWasserbehandlung

Biogene Alkalinisierunggesteuerte Eutrophierungund/oder Saprobisierung

Reaktive Wand/Reaktive Infiltration

DichtwandHau

ptei

ntra

gspf

ade

F.-C. Benthaus et al.

Page 89: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

353

Reststoffe, Nebenprodukte und Rohstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften zur Verfügung (Tab. 5.18).

Die Eignung der Neutralisationsmittel für die konkrete Anwendung ist von wasserchemischen, stofflichen und verfahrenstechnischen Faktoren abhängig (Abb. 5.76). Bei der Anwendung che-mischer Dosierchemikalien treten Verluste durch Sedimentation, durch Inaktivierung infolge von Belagbildung an Partikeloberflächen und durch Entcarbonisierung mit c auf. Die Entcarbonisie-rung tritt insbesondere bei der Verwendung von Einsatzstoffen auf, die bei Einmischung ins See-wasser hohe pH-Werte (> 8,5) erzeugen. Eine räumlich lokale Applikation hoch konzentrierter Neutralisationsmittel verstärkt diesen Prozess.

ReaktivitätDie Reaktivität chemischer Neutralisationsmittel in stark sauren Seen ist günstiger als in schwach sauren. Zirkulationsphasen verbessern auf natür-liche Weise eine großflächige Einmischung der Neutralisationsmittel in den See. In tiefen Seen sind die Reaktionswege insbesondere für fest und suspendiert applizierte Stoffe länger. Deshalb kann hier im Vergleich zu flachen Seen mit höhe-ren Umsatzraten gerechnet werden. Aus stoffli-cher Sicht sind natriumgetragene Neutralisations-mittel gegenüber erdalkalischen sowie oxidische und hydroxidische gegenüber karbonatischen Mitteln wegen der besseren Löslichkeit vorteil-haft. Ein höherer Wirkungsgrad kann durch die Verwendung flüssiger oder wenigstens suspen-dierter Stoffe und ihre großflächige Austragung in stark verdünnter Form erreicht werden.

Die Auswahl des geeigneten Neutralisations-mittels, die zweckmäßige Applikationstechnik und die günstige Jahreszeit erfordern eine sorg-fältige Planung unter Berücksichtigung der lim-nologischen, hydrogeologischen und hydroche-mischen Besonderheiten des jeweiligen Bergbau-folgesees. Die Kosten einer chemischen Seeneu-tralisation werden zu einem hohen Anteil durch die Einsatzrohstoffe verursacht. Deshalb muss ein hoher chemischer Wirkungsgrad erzielt wer-den. Der Gesamtwirkungsgrad η der Applikation eines chemischen Neutralisationsmittels in einen sauren Bergbaufolgesee ergibt sich als Produkt

Tab.

5.1

8 Ei

nsat

zsto

ffe fü

r che

mis

che

Dos

ierv

erfa

hren

Prod

ukt

Wirk

stof

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aCO

3 und

FeO

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CaO

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olom

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CaO

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Soda

Na 2

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h m

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h

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 90: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

354

aus der stofflichen Reinheit des Wirkstoffes η1 und seinem einsatzabhängigen chemischen Wir-kungsgrad η2.

Die stoffliche Reinheit kann aus der Produkt-deklaration abgeleitet werden. Der einsatzabhän-gige chemische Wirkungsgrad ist unter anderem von einer Reihe natürlicher Faktoren abhängig (Temperatur, pH-Wert, CO2, …), welche durch großtechnische Pilotversuche ausreichend genau bestimmt werden können. Diese werden bei der LMBV seit 2004 systematisch durchgeführt. Der chemische Wirkungsgrad ist nichtlinear von den physikalischen und chemischen Umgebungs-bedingungen abhängig (pH-Wert abhängig von Temperatur, Acidität, CO2-Gehalt, …). Die Vor-zugsvariante des anzuwendenden Rohstoffes und der Applikationstechnik ergibt sich aus der Über-lagerung natürlicher Faktoren (Wirkungsgrad) und wirtschaftlicher Faktoren (Kosten).

Eine erste vergleichende Kostenschätzung für alternative Neutralisationsmittel und Applika-tionstechniken kann nach folgender Gleichung vorgenommen werden:

K ges = (k Roh + k Tra + k App ) ·Aci See · V See

NÄ NM · η1 · η2

(5.28)

mit:Kges Gesamtkosten für die Neutralisation [€]kRoh spezifischer Rohstoffpreis [€/t]kTra spezifischer Transportpreis [€/t]kApp spezifischer Applikationspreis [€/t]AciSee Acidität des Seewassers (mol/m3)VSee Volumen des Sees (m3)NÄNM theoretisches chemisches Neutralisa-

tionsäquivalent (kmol/t)η1 stofflicher Reinheitsgrad des Neutrali-

sationsmittelsη2 chemischer Wirkungsgrad des Neutrali-

sationsmittelsSoda und Natronlauge haben im Vergleich zu Weißfeinkalk, Weißkalkhydrat, Kalkstein und halbgebrannten Dolomit einen höheren spezifi-schen Rohstoffpreis. Regional stehen manchmal auch Reststoffe mit alkalischen Eigenschaften kostengünstig zur Verfügung, wie zum Beispiel Eisenhydroxidschlämme aus der Grubenwasser-reinigung, Sodaschlämme und Kraftwerksaschen.

Die Eigenschaften dieser Reststoffe wurden z. B. in (Uhlmann et al. 2004a, 2007) detailliert unter-sucht und ihre Umweltverträglichkeit für die konkrete Anwendung nachgewiesen. Das reale Neutralisationsäquivalent (NÄNM · η1 · η2) von Eisenhydroxidschlämmen und Kraftwerksaschen liegt im Vergleich zu den reinen Rohstoffen oft nur bei wenigen Prozent (Tab. 5.19). Der Ein-satz dieser Neutralisationsmittel ist deshalb auf Fälle beschränkt, bei denen diese Stoffe bereits in unmittelbarer Nachbarschaft erzeugt werden (Uhlmann et al. 2004b). Im anderen Fall machen allein die Transport- und Applikationskosten die Anwendung im Vergleich zu handelsüblichen Stoffen unwirtschaftlich. Ein wirtschaftliches Optimum für chemische Verfahren läßt sich ggf. durch einen kombinierten Einsatz von Neutrali-sationsmitteln herstellen (Tab. 5.19).

Da der chemische Wirkungsgrad η2 nicht li-near vom Fortschritt des Neutralisationsverfah-rens abhängig ist, sollte die Planung auf geeigne-te hydrogeochemische Modelle gestützt werden (s. Abschn. 5.7).

5.9.4 Anwendungen

Im Folgenden werden ausgewählte Anwendun-gen für die chemische Behandlung saurer Berg-baufolgeseen im Mitteldeutschen und Lausitzer Sanierungsbergbau vorgestellt. Die konzep-tionellen Vorleistungen hierfür wurden in den 1990er Jahren mit LUA 1995 geleistet. Der Zwi-schenstand zur Entwicklung von In-Lake-Verfah-ren ist in LUA 2001 der Öffentlichkeit vorgestellt worden. Die erste großskalige Anwendung von In-Lake-Verfahren zur chemischen Behandlung saurer Bergbaufolgeseen erfolgte 1999 mit der Resuspension von Aschesedimenten im Berg-baufolgesee Burghammer (Eta 2003). Im Jahr 2004 erfolgten mit der Resuspension von abgela-gerten Kalkschlämmen im Bergbaufolge see Ko-schen (Lausitz) sowie mit der Sodabehandlung des Bockwitzer Sees (Mitteldeutschland) weitere Anwendungen. Im Jahr 2005 wurde der Horst-teich (Lausitz) durch Einsatz von Natronlauge neutralisiert. Im Jahr 2009 wurden der Bergbau-folgesee Haselbach mit Kalksteinmehl 0–40 µm und der Bergbaufolgesee Burghammer mit

F.-C. Benthaus et al.

Page 91: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

355

Kalksteinmehl 0–90 µm neutralisiert. Das Kalk-steinmehl wurde als Suspension mittels mobiler Schiffstechnik flächenhaft auf der Seeoberfläche ausgebracht.

Für drei ausgewählte Anwendungsfälle sind in der Tabelle 5.12 die wesentlichen morphomet-rischen, verfahrenstechnischen und hydrochemi-schen Daten zusammengefasst.

Im Jahr 2004 ist durch ein In-Lake-Verfahren eine Teilneutralisation des Bergbaufolgesees Ko-schen erreicht worden (Benthaus und Uhlmann 2006). Als Neutralisationsmittel wurde ein auf dem Seeboden abgelagerter Kalk-Schlamm ver-wendet. Der Kalk-Schlamm musste im Rahmen der Herstellung von Sicherheitsgräben beräumt werden. In diesem Zusammenhang wurde sein alkalisches Potential genutzt (Tab. 5.20). Der Kalkschlamm wurde mit einem Schwimmsaug-bagger aufgenommen. Zur Ausbringung des Neutralisationsmittels wurde eine Regnertechno-logie angewendet (Abb. 5.77). Das Verteilprinzip der Regnertechnologie in Kombination der wind-induzierten, oberflächennahen Strömung hatte zu einer großflächigen Verteilung des Neutralisa-tionsmittels im See geführt. Dadurch konnte ein chemischer Wirkungsgrad des Verfahrens von etwa 90 %, bezogen auf das im Labor ermittelte Neutralisationsäquivalent des Bunakalkes, er-

reicht werden. Mit der Kalkschlammresuspen-sion wurde im Bergbaufolgesee Koschen eine Minderung der Acidität um ca. 0,6 mmol/L er-zielt.

Im Herbst 2005 wurde der Horstteich bei Bornsdorf (Brandenburg) durch ein In-Lake-Verfahren erfolgreich neutralisiert (Rabe und Uhlmann 2006). Als chemische Neutralisations-mittel kamen Natronlauge und halbgebrann-ter Dolomit in einem zweistufigen Verfahren zur Anwendung. Die Vorbereitung der Sus-pension erfolgte uferseitig. Die Ausbringung der Neutralisationsmittel im See erfolgte mit-tels Boot flexibel über die gesamte Seefläche (Abb. 5.78). Die verdünnte Natronlauge wurde durch ein spezielles Lanzensystem unter der Wasseroberfläche verteilt. Nachträglich wurde die Dolomitsuspension mit einer Wasserkanone in sensible Seebereiche vor allem in Ufernähe ausgebracht, die zuvor mit dem Boot nicht er-reichbar waren. Die Rohstoffversorgung des Verteilbootes erfolgte über eine schwimmende, flexible Rohrleitung. Die Wirkung der Natron-lauge war praktisch 100-prozentig. Mit dem halbgebrannten Dolomit wurde vor allem eine Vorsorge gegen eine drohende Wiederversaue-rung getroffen.

Tab. 5.19 Vergleich von Neutralisationsäquivalenten, stofflichen Reinheitsgraden und chemischen Wirkungsgraden handelsüblicher Neutralisationsmittel und RohststoffeNeutralisations-mittel

MolareMasse

Ladung Bemer-kung

theoretischesNeutrali-sations-äquivalent

stoffliche Reinheit1)

chem.Wirkungs-grad2)

praktischesNeutrali-sations-äquivalent

g/mol eq/mol eq/kg η1 (%) η2 (%) eq/kgKalksteinmehlCaCO3

100 2 pH < 4,3 20,0 90 75 13,51 pH > 6,5 10,0 90 50 4,5

BranntkalkCaO

56 2 35,7 88 70 22,0

LöschkalkCa(OH)2

74 2 27,0 88 60 14,3

NatronlaugeNaOH

40 1 25,0 99 90 22,3

SodaNa2CO3

106 2 18,9 99 80 15,0

Kraftwerksasche(Wirkstoff CaO)

56 2 frisch 35,7 10 50 1,8alt 35,7 3 50 0,5

1) Herstellerangaben; 2) Erfahrungswerte

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 92: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

356

Der Bockwitzer See nordöstlich Borna wurde in den Jahren 2004 und 2005 im Rahmen eines LMBV-Pilotvorhabens auf der Basis modellge-stützter Prognosen durch eine In-Lake-Behand-lung mit leichter Soda neutralisiert (Tab. 5.20). Der Sodaeinsatz erfolgte aufgrund der posi-tiven Erfahrungen, die bei der Neutralisation der Wasserhaltung eines benachbarten Teilsees 1998/1999 gewonnen wurden (Pokrandt und Zeh 1999). Die Soda wurde direkt vom Silo-fahrzeug mittels Druckluft auf eine Dosiersta-

tion verbracht und als Pulver in den See einge-mischt. 2005 erfolgte eine Erweiterung der An-lage durch eine Pumpstation und eine 1200 m lange Rohrleitung, um eine bessere Verteilung im See zu erreichen (Neumann u. a. 2006). In 2006 wurde eine Nachdosierung erforder-lich, um die behördlichen Ausleitbedingungen für das Überschusswasser zu erfüllen. Hierzu wurde die Verteilung des Neutralisationsmittels an der Dosierstation zusätzlich durch Druckluft verbessert. Die hydrochemische Bilanzierung

Tab. 5.20 Morphometrische, verfahrenstechnische und hydrochemische Daten zu den Pilotprojekten der chemischen In-Lake-BehandlungBergbaufolgesee Horstteich Koschen BockwitzMorphometrieVolumen m3 650.000 81.600.000 18.200.000 (2004)

20.800.000 (2006)Fläche m2 104.000 5.150.000 1.730.000 (2004)

2.030.000 (2006)Mittlere Tiefe m 6,3 16 11Mittlere Verweilzeit

a unbekannt ca. 5 11

Chemische BehandlungZeitraum 11/2005–12/2005 09/2004–12/2004 03/2004–12/2007Rohstoff 412 t NaOH (23 %)

54 t halbgebrannter Dolo-mit (> 30 % CaO + MgO; 54 % CaCO3 + MgCO3)

ca. 5.000 t™ auf dem Seegrund abgelagerte Kalk-Schlämme(ca. 32 % Ca(OH)2ca. 53 % CaCO3)

14.600 t leichte Soda (Na2CO3)

Technische Ausbringung

NaOH als Lösung über Lanzen mit VerteilschiffDolomit als Suspension über Wasserkanone von Verteilschiff

als Suspension über Kreis-regner (ca. 520.000 m3)

Ausblasen als Pulver über Dosierstation direkt aus dem Silofahrzeug, (nur 2005: über Pumpstation/Rohrleitung in die Mitte des Sees)

Limnologische Verhältnisse

Während der herbstlichen Vollzirkulation

Während der herbstlichen Vollzirkulation und paral-lel zur Winterflutung

Frühjahr- und Herbstzirkula-tion, Sommerstagnation

Hydrochemie Oktober2005

Januar2006

August2004

Januar2005

März2004

Dezember2007

pH 2,9 8,8 3,0 3,3 2,7 6,7

KB4,3 mmol/L 2,9 – 1,6 1,0 4,5 –KS4,3 mmol/L – 0,5 – – – 0,2KB8,2 mmol/L 3,5 – 2,1 1,5 8,1 0,1KS8,2 mmol/L – 0,1 – – – –Sulfat mg/L 850 850 650 640 1260 1280Eisen-gelöst mg/L 20 0,1 12 7 55 < 0,1Aluminium mg/L 5 < 0,02 2 2 18,9 < 0,1

F.-C. Benthaus et al.

Page 93: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

357

des Pilotvorhabens zeigte, dass zur Elimina-tion der Acidität im Seewasser ca. 60 % und zur Elimination der Acidität des Sediments ca. 20 % der dosierten Soda aufgewendet wurden. Etwa 10 bis 15 % werden zur Neutralisation des Zustroms saurer Wässer in den See verwendet. Weitere 5 bis 10 % sind Verluste. Der Zustrom sauren Wassers erfolgt nach gegenwärtigem Kenntnisstand etwa zur Hälfte aus den vormals belüfteten und somit versauerten Böschungsbe-reichen über den Grundwasserpfad (Neumann et al. 2008).

5.9.5 Resümee

Durch chemische Neutralisation kann nach dem Stand der Technik eine effektive Neutralisation der Wasserstoffionen und die Überwindung der Hydrogensulfat-, Eisen- und Aluminiumpuffer in den sauren Bergbaufolgeseen erzielt werden. Die Anwendung chemischer Neutralisationsmittel führt zu einer Erhöhung des Elektrolytgehaltes und zu einer zusätzlichen Aufhärtung des See-wassers. Die erreichbare Pufferung (Alkalinität KS4,3) ist durch den Prozess der Entcarbonisierung auf Werte unter 0,5 mmol/L begrenzt (Tab. 5.21). Durch die geringe Alkalinität in chemisch neut-ralisierten Bergbaufolgeseen ist bei ungünstiger Konstellation (z. B. anhaltender Kippenwasser-zustrom) die Gefahr einer Wiederversauerung gegeben. Eine nachhaltige Pufferung ist erst nach der Stabilisierung biologischer Stoffkreisläufe mit entsprechender hypolimnischer und sedimen-tärer Alkalinisierung (interne CO2-Produktion) erreichbar. Die Bildung autochthoner organo-gener Seesedimente in den Bergbaufolgeseen nimmt voraussichtlich noch lange Zeiträume in Anspruch. Eine Verbesserung der Pufferung lässt sich durch technische Einbringung von Kohlen-dioxid erreichen. Entsprechende Versuche befin-den sich derzeit in Vorbereitung.

Weiterhin werden derzeit Pilotversuche zur elektrochemischen Sulfatabtrennung aus Berg-bauwässern durchgeführt. Der Vorteil des Ver-fahrens besteht darin, dass neben der Sulfatab-trennung gleichzeitig eine Neutralisation und eine Metallabtrennung erzielt werden. Der ver-gleichsweise hohe Aufwand (Energieverbrauch) kann jedoch nicht durch die Gewinnung und Ver-marktung von gezielt erzeugbaren Wertstoffen wirtschaftlich kompensiert werden.

Zusammenfassend kann resümiert werden, dass im Lausitzer und Mitteldeutschen Sanie-rungsbergbau praktische Erfahrungen vorliegen und geeignete Verfahren zur chemischen Neu-tralisation saurer Bergbaufolgeseen entwickelt wurden (Schöpke 2007). Die chemische Neu-tralisation ist in Verbindung mit der Flutung und mit biologischen Verfahren ein ergänzender Baustein im Rahmen einer komplexen Sanie-rungsstrategie.

Abb. 5.77 Anwendung von In-Lake-Verfahren: hier Ver-regnung der Kalkschlamm-Suspension im Bergbaufolg-esee Koschen

Abb. 5.78 Anwendung von In-Lake-Verfahren: Aus-bringung einer Dolomitsuspension mit Wasserkanone im Horstteich

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 94: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

358

5.10 Biologische Maßnahmen

5.10.1 Grundlagen der biogene Alkalinisierung

Die Alkalinität und Azidität des Seewassers kann aus der Summe der für die Säure-Basebilanz wichtigen Kationen und Anionen berechnet wer-den. Bei Überwiegen der alkalischen Kationen ist der Wert positiv (Alkalinität), bei Überwiegen der sauren Anionen negativ (Azidität). Die bio-logische Produktion von Alkalinität wird erzeugt durch die bakterielle Reduktion von Nitrat und Sulfat (Nitrat- und Sulfatatmung in Abwesenheit von Sauerstoff).

SO 2 CH O H S 2HCO42

2 2 3− −+ → +[ ] (5.29)

Das größte Potenzial zur biologischen Alkalini-tätsproduktion wird jedoch in der Sulfatreduktion gesehen. Dabei wird Sulfat in Sulfid (Gl. 5.29) und Fe(III) in Fe(II) umgesetzt, das mit dem re-duktiv gebildeten Sulfid als schwerlösliches Mi-neral FeS ausfällt (Gl. 5.30) und aus dem System entfernt wird.

9 CH O 4FeOOH 4SO 8H

9CO 4FeS 15H2 4

2

2 2

[ ] + + +→ + +

− + (5.30)

Die Langzeitstabilität der im Sediment abgela-gerten Endprodukte, also Wirkung des biogeo-

chemischen Prozesses, muss noch weiter unter-sucht werden (Geller et al. 2008).

Die Umsatzprozesse werden durch Bakte-rien stark beschleunigt (enzymatische Katalyse). Eine biogene Alkalinisierung ist möglich, wenn die säurebildenden Stickstoff- und Schwefelver-bindungen bei Sauerstofffreiheit und niedrigem Redoxpotenzial reduziert werden können. Wenn diese Voraussetzungen natürlicherweise gegeben sind, findet ein langfristig wirksamer Prozess der biologischen Alkalinitätsproduktion im Kippen-untergrund statt und entfernt Acidität, Eisen und Sulfat aus dem Kippengrundwasser. Dieser Pro-zess wurde von (Tröger et al. 2007) nachgewiesen im Kippenareal zwischen den Bergbaufolgeseen 107 und 108 bei Plessa – anhand der Isotopensig-naturen von Sauerstoff und Schwefel. Die natür-liche Entsäuerung im Kippenuntergrund hängt ab von der Menge des dort verfügbaren organischen Materials (TOC) und der mineralischen Nähr-stoffe (N, P). Langfristig unterstützend kann der von (Simon und Kassahun 2007) dokumentierte Prozess der Umwandlung von hochmolekularen Kohlenbegleitstoffen zu bakteriell verwertbaren, kleinmolekularen C-Verbindungen durch Schim-melpilzarten dienen.

Der Prozess der anaeroben Entsäuerung wird bei Sauerstoffeintrag in den Untergrund aufge-hoben durch den gegenläufigen Prozess der oxi-dativen Säurefreisetzung, wobei die Nettobilanz vom Verhältnis beider Prozesse abhängt. Wenn die notwendigen Voraussetzungen nicht gege-

Tab. 5.21 Erreichbare Säure-Basen-Zustände in Bergbaufolgeseen des SanierungsbergbausProzess pH-Wert Säure-Basen-Zustand Alkalinität

(mmol/L)dominierende-Puffer-systeme

Calcitsättigung

Grundwasseraufgang < 2,8 Extrem sauer < −10 H+HSO4−

Fe3 + Al3 + << 0

2,8–3,2 Stark sauer −10 bis −2 H+HSO4−

Fe3 + Al3 + << 0

Fremdflutung 3,2–4,3 Sauer −2 bis ± 0 (HSO4−) Al3 + << 0

4,3–5,5 Schwach sauer ≈ 0 Al3 + << 05,5–7,0 Schwach sauer bis

neutral ≤ 0,5 (HCO3

−) < 0

Chemische Maßnahmen 7,0 bis > 8,5 Neutral bis schwach alkalisch bis alkalisch

≤ 0,5 (HCO3−)

(CO32−)

≈ 0

Zum Vergleich: Zustand natürlicher Seen

> 7,0 Neutral bis schwach alkalisch

≥ 1,0 HCO3− ≈ 0

(in Klammern): schwache Ausbildung des Puffers

F.-C. Benthaus et al.

Page 95: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

359

ben sind, können sie durch geeignete Maßnah-men unterstützt werden. Jeder Eingriff, der die reduktiven Prozesse fördert oder die oxidativen Prozesse zurück drängt, verstärkt die natürliche Entsäuerung. Sauerstofffreie Zonen existieren im Sediment und in Tiefenwasserkörpern von Seen – zeitweise oder permanent je nach Mischungs-typ und Nährstoffgehalt des Sees. Reduktive Be-dingungen werden gefördert durch die Zehrung von Sauerstoff, z. B. nach Erhöhung des Algen-wachstums durch die Zuführung von düngenden mineralischen Nährstoffen (Eutrophierung) oder von organischen Stoffen (Saprobisierung) und wenn der Zutritt von Sauerstoff durch perma-nente Schichtung (Meromixie) oder technische Schutzmaßnahmen verhindert wird. Die Ein-bringung von organischen Stoffen, z. B. Kom-post oder Methanol als Flüssigsubstrat, in den Kippenuntergrund bewirkt gleichartige Prozesse (Schöpke et al. 2006).

5.10.2 Passive und aktive Behand-lungsverfahren

Die verschiedenen Behandlungsmethoden zur Sanierung saurer Gewässer werden eingeteilt nach dem technisch-energetischen Aufwand und nach der Art des Wirkprozesses (Uhlmann und Nixdorf 2002). Die Wirkung kann auf physika-lischen, chemischen oder biologischen Prozessen beruhen. Natural attenuation (NA) bezeichnet den Reinigungsprozess der Natur, möglichst mit einem begleitenden Monitoring (Monitored Na-tural Attenuation: MNA). Die Wirksamkeit ist begrenzt auf kleine Durchflüsse (< 5 L/s) und geringe Aziditätsbelastungen (< 1 mmol/L). Pas-sive Verfahren können nach dem Einbau umzu-setzender Substrate ohne weiteren Energie- und Betriebsaufwand das durchfließende Wasser selbsttätig reinigen. Beispiele sind Teichbecken mit höheren Wasserpflanzen, reaktive Barrieren oder in die Fließstrecke eingebaute Untergrund-abschnitte mit Kalkstein- und Kompostfüllung. Bei Durchflüssen >> 5 L/s und >> 1 mmol/L sind passive Verfahren zu wenig wirksam und müssen ersetzt werden durch große, technische Lösun-

gen (aktive Behandlungsverfahren mit ständiger Substratdosierung und Betriebssteuerung).

In nährstoffreichen neutralisierten Seen ist eine mittlere Alkalinitätsproduktion von 1,8 eq/m2 · a zu erwarten. Sollte der langfristige Säurezustrom zu einem See diesen Wert deutlich übersteigen, so kann der See auf der Basis der seeeigenen organischen Produktion nicht neutral bleiben (Koschorreck et al. 2007). Zur Untergrundbe-handlung sauren Grundwassers können sowohl aktive Verfahren, die im Betrieb ständigen Ener-gieeinsatz und Substratzudosierung erfordern, als auch passive Verfahren eingesetzt werden, die im Grundwasserstrom ohne externen Energieeinsatz arbeiten.

5.10.3 Behandlung von Kippengrund-wasserkörpern

Ein Verfahren zur Sanierung saurer Zuflüsse be-ruht auf dem Prinzip der mikrobiologischen Sul-fatreduktion im strömenden Grundwasser. Diese wird ausgelöst und gestützt durch die Einmi-schung von Substrat und Hilfsstoffen. Das Ver-fahren wurde im Versuchsbetrieb im bergbauver-sauerten, südöstlichen Grundwasseranstrom zum Senftenberger See erprobt (Koch et al. 2006).

Im Versuch wurden Methanol und Nährstof-fe (N, P) über Förder- und Infiltrationsbrunnen in den Grundwasserstrom eingemischt. Im Ab-strom der Brunnenkombination bildete sich etwa 15 m unter der Grundwasseroberfläche eine re-aktive Zone, in der die Sanierungsreaktionen ab-liefen. Die Wirkung des Sanierungsverfahrens am Standort entfaltete sich nach einer längeren Einarbeitszeit (> 1 Jahr). Dabei wird eine Fließ-zeit von einem halben Jahr bis in eine Vorflut vo-rausgesetzt. Da Eisen(II) die Hauptkomponente des Säurebildungspotenzials ist, kann das anströ-mende Grundwasser nur bis zu einem Wert von 6–8 mmol/L dauerhaft entsäuert werden. Eine bei weiterer Sulfatreduktion mögliche H2S-Frei-setzung muss unterbunden werden (Bilek und Wagner 2012). Im Versuchsverlauf wurden zwi-schen Zu- und Abstrom folgende Abreinigungs-daten erreicht:

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 96: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

360

Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde das Vorhaben „Düseninjektion Skadodamm zur In-Situ-Grundwassersanierung“ (Abb. 5.80) von 2008 bis 2010 geführt mit durchaus positiven Re-sultaten (Gast et al. 2011). Es konnte der Eisen-gehalt um 90% und der Sulfatgehalt um 40% im abströmenden Grundwasser reduziert werden. Eine weiterführende Anwendung ist vorgesehen.

5.10.4 In-Situ-Behandlung von See-wasserkörpern

In den Jahren 1995 bis 1997 und 2000 bis 2002 wurde der Prozess der mikrobiellen Sulfatreduk-tion im Labor- und halbtechnischen Maßstab zur Behandlung von Wässern an unterschied-lichen Bergbaustandorten der LMBV und der LAUBAG/Vattenfall durchgeführt (Glombitza 2001; Glombitza und Karnatz 2003). Es wurde ein Festbettreaktor mit Lavaschlacke als Träger-material mit einem nutzbare Hohlraumvolumen von ca. 2,5 m3 verwendet. Die Verweilzeit des zu behandelnden Wassers konnte auf < 2 h gesenkt werden, da die Mikroorganismen auf dem Trä-germaterial einen stationären Biofilm bilden und den Reaktionsraum nicht verlassen. Die Zielstel-lung des Hochleistungsreaktors lag im Erreichen einer hohen Sulfatreduktionsrate (SRR). Die Sul-fatreduktion erfolgte nach vorausgehender Neu-tralisierung und Entfernung des Eisens aus dem sauren Rohwasser. Der minimale spezifische Methanolverbrauch lag bei ca. 200 mg/g Sulfat. Es wurde über 2 Monate im Mittel eine Sulfatre-duktionsrate von 450 mg L−1 h−1 erreicht (Glom-bitza und Karnatz 2003). Die Anlage wurde über 16 Monate unter Freilandbedingungen betrieben, wobei die Temperaturen im Reaktor bis zu 10 °C über der Außentemperatur lagen. Durch Bildung von Niederschlägen auf dem Festbett kann nach längerer Laufzeit mit einem Verblocken des Re-aktorsystems gerechnet werden.

Reaktorkombination zur autotrophen Sulfatreduktion mit CO2- und H2-VersorgungBilek et al. (2007) berichten über erfolgreiche Technikumsversuche zur Sulfatverminderung durch Sulfatreduktion in einer Reaktorkombina-tion. In der Reaktanordnung findet in drei gekop-pelten Stufen die Entsäuerung und Sulfatreduk-tion statt, wobei die Ablagerung von anfallenden Endprodukten im angrenzenden See möglich ist (subhydrische Deposition). Die Sulfatreduk-tion erfolgt durch Sulfat reduzierende Bakte-rien, deren Energiebedarf durch Wasserstoffgas, der Kohlenstoffbedarf durch CO2-Gas gedeckt werden soll (Autotrophie). Eine Erprobung des Verfahrens im Pilotmaßstab ist vorgesehen (Abb. 5.79).

Erhöhung der Primärproduktion – kontrollierte EutrophierungNach der Stöchiometrie der Elementkomposition von Biomasse kann die Zugabe des wachstums-fördernden Nährstoffs – meist Phosphat – die Produktion von Algen in Seen stark erhöhen. Laborversuche mit eisenreichem, sauren Was-ser und die Erfahrungen bei der Flutung von schwefelsauren Bergbaufolgeseen mit Flusswas-ser haben jedoch gezeigt, dass der eingebrachte Phosphor sehr schnell von Eisen gebunden und in mineralischer Form im Sediment begraben wird (Totsche, Fyson, Steinberg 2006). Damit erwies sich der Ansatz der kontrollierten Eutro-phierung als weitgehend unwirksam – zumindest in Seen mit einer jährlichen Volldurchmischung bis zum Grund.

Künstlicher Eintrag von organischem Material – kontrollierte SaprobisierungBei Einbringung von organischem Material in Gewässer (Saprobisierung) werden die Sauer-stoffzehrung unterstützt und die reduktiven Prozesse im Wasser ermöglicht. Das Komplex-substrat enthält alle notwendigen Nährstoffe für die biologische Reinigung. Dies hat den Vorteil, dass organisch gebundener Phosphor nicht un-mittelbar durch Eisen chemisch adsorbiert wird, sondern im Verlauf des Abbauprozesses durch die Mikroorganismen langsam frei gesetzt und

Sulfat: von 1600 auf 800 mg L−1

Eisen: von 180 auf 10 mg L−1

pH-Wert: von 4.3 auf 5.8 pHAzidität/Alkalinität:

von 7.3 meq L−1 Azidität

auf 1 meq L−1 Alkalinität

F.-C. Benthaus et al.

Page 97: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

361

genutzt wird. Die Saprobisierung hat nach der Substrateinbringung also die Konditionierung des Habitats für das Wachstum von Sulfat und Eisen reduzierenden Bakterien zur Folge und stellt die Stoff- und Energieversorgung für die biologische Entsäuerung sicher. Das angestrebte Endprodukt ist Eisensulfid, bzw. Pyrit, das dem System für eine nachhaltige Wirkung dauerhaft entzogen bleiben muss. Je intensiver der Tiefenwasser-bereich, in dem der reduktive Prozess zunächst stattfindet, dem Eintrag von Luftsauerstoff im Zuge der saisonalen Vollzirkulation (Holomixis) ausgesetzt ist, umso größer ist die Rückoxidation der gebildeten sulfidischen Endprodukte. Die Wirkung ist nur dann von Dauer, wenn der De-positionsraum langzeitig gegen Sauerstoffzutritt geschützt ist. Versuche, Seen durch Saprobisie-rung zunächst anoxisch zu machen und dann im reduzierenden Medium die mikrobiologischen Neutralisationsprozesse zu nutzen, sind in ho-lomiktischen Seen trotz intensiver Bemühungen bisher gescheitert. Erfolgsaussichten scheinen erst gegeben zu sein, wenn am Grunde der Seen permanent geschichtete Tiefenwasserkörper ent-stehen können (meromiktisches Mischungsver-halten)

Nutzung von meromiktischen Tiefenwasserkörpern und RandschläuchenDa der niedrige Nettowert von 2 bis 20 % der Bruttoraten der Alkalinitätsproduktion durch in-tensive Rückoxidation entsteht, kann eine An-näherung der Netto- an die Brutto-Raten nur in solchen Gewässerbereichen erfolgen, die vor Sauerstoffeintrag geschützt sind. Dies kann einerseits in technischen Einbauten im See er-folgen, die im experimentellen Stadium sind, z. B. in abgedeckten, anaeroben, in PE-Folien-installationen eingeschlossenen Wasserkörpern (Enclosures). Andererseits könnten die in vielen Bergbaufolgeseen vorhandenen meromiktischen Tiefenwasserbereiche für innovative Sanie-rungsansätze nutzbar gemacht werden (Boehrer und Schultze 2006).

In-Lake-Behandlungsanlagen – schwimmende Durchfluss-ReaktorenBeim aktiven In-Lake-Verfahren (Koschorreck et al. 2006, 2007) erfolgt die biologische Neu-tralisierung durch Regelung von Wasserkreis-lauf und Substratzugabe (Ethanol, Eisen) in im See installierten, schwimmenden Durchfluss-reaktoren mit einem effektiven Volumen von

Abb. 5.79 Behandlungsschema der Technikumsanlage zur Autotrophen Sulfatreduktion und Sulfidfällung (Bilek et al. 2007)

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 98: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

362

11,4 m3. In Vorlaufprojekten wurden die Grund-lagen vom Labormaßstab bis zu Feldversuchen im See RL 111 bei Plessa mit kleinen Enclosures (24 m3) entwickelt. Im Rahmen eines DBU-Pro-jektes wurden Versuche zur Verfahrenstechnik mit Groß-Enclosures (4.500 m3) durchgeführt (Abb. 5.80).

Der In-Situ-Betrieb einer schwimmenden, ohne Fremdenergie autonom arbeitenden Durch-flussreaktoranlage zur Sulfatreduzierung mit Datenfernübertragung war technisches Neu-land (Koschorreck und Tittel 2007). Während des In-Situ-Versuchsbetriebes mit den bis Mitte 2005 entwickelten Reaktorsystemen wurden ca. 900 m3 Enclosure-Wasser durch die Anlagen ge-leitet, davon ca. 375 m3 mit vollständiger Ent-säuerung und einem Hydrogencarbonatpuffer (NP > 0 mmol/L). Es wurde eine stabile Leistung der Neutralisierung des zugeführten extrem sau-ren Seewassers und eine Sulfatreduktion von 0,28 g L−1 d−1 erreicht. Aus den Betriebsdaten der Reaktoren errechnet sich für den Zeitabschnitt mit störungsfreier, vollständiger Wasserbehand-lung eine Produktion von ca. 5.000 mol Alka-linität. Bezogen auf das Enclosurevolumen von 4.500 m3 entspricht das einem Aziditätsabbau von 1,1 mol/m3 und stimmt in guter Näherung mit der Beschaffenheitsänderung des Enclosure-Wassers überein. Die Endprodukte, vorwiegend Eisenmonosulfid und Pyrit, werden beim In-La-ke - Verfahren auf dem Boden des angeschlosse-nen Groß-Enclosures unter Wasser (subhydrisch) deponiert und müssen abschließend zum Schutz

gegen Rückoxidation abgedeckt werden (Cap-ping-Technik).

5.10.5 Ex-Situ-Behandlung saurer Abflüsse in Vorflutsystemen

In der Literatur werden passive Verfahren in Teichbecken und Feuchtgebieten zur Entsäue-rung und zur Verminderung der Metall- und Sul-fatgehalte als effektiv und kostengünstig propa-giert. Generell erscheinen die passiven Ansätze zur Behandlung von kleinen Durchflussmengen von mäßig belasteten Bergbauwässern geeig-net (Piramid 2003). In der Lausitz wurden an Standorten mit unterschiedlichen Rohwasserty-pen Wasserpflanzenbestände zur Wasserbehand-lung eingesetzt und unter Freilandbedingungen im Kleinmaßstab erprobt (Pietsch und Schötz 2004). Versuche mit künstlichen Fließstrecken, bestehend aus Reihen von durchströmten Pflanz-behältern, und mit kontrolliert durchströmten Flachwasserbereichen mit etablierten Beständen von höheren Wasserpflanzen belegen dies. Das Durchströmen in Oberflächennähe (aerob) und das tiefere Durchströmen (anaerob) durch das Wurzelsystem erbringen unterschiedliche Re-sultate. Die aerobe Behandlung ist geeignet zur Entfernung von Metallen aus neutralen Wässern, trägt jedoch nicht zur Entsäuerung oder zur Sul-fatverminderung bei. Die anaerobe Behandlung produziert Alkalinität und bewirkt sowohl eine

Abb. 5.80 Enclosure-An-lagen im Bergbaufolgesee RL 111 bei Plessa

F.-C. Benthaus et al.

Page 99: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

363

Entsäuerung als auch eine Verminderung von Sulfat und Metallen.

Ähnliche Reinigungsleistungen wurden er-reicht beim Durchstrom saurer Wässer durch Pflanzenbestände in Flachwasserbereichen (Bin-sen, Rohrkolben, Schilf). Dabei erhöhte sich über 33 m Durchströmungsdistanz im Verlauf von 36 Stunden die gelöste, organische Substanz von 2,6 auf 35 mg/L DOC. Der pH-Wert wurde von 2,6 auf 6,0 erhöht und die Konzentrationen von Eisen und Sulfat um eine Größenordnung ernied-rigt. Andere Versuche im Pilotmaßstab haben zu einer Diskussion über die Wirksamkeit der Mak-rophyten geführt. Die Wirkung der Makrophyten besteht darin, dass die Sedimentation ausgefäll-ter Endprodukte im bepflanzten Absetz-Teich-becken begünstigt wird (Younger et al. 2002; Piramid 2003). Die Bepflanzung der Teichbe-cken mit einheimischen Wasserpflanzen, die die wasserchemischen Bedingungen, wie z.B. jah-reszeitliche Temperaturschwankungen, ertragen, wird bevorzugt. Die Gesamtbewertung belegt die Wirksamkeit von Pflanzenbeständen bei langsa-mem Durchströmen. Der Einsatz von anaeroben Verfahren hängt von der Menge und der Belas-tung des zu behandelnden Wassers ab.

5.10.6 Abschätzung von Alkalinisie-rungspotenzialen

Da sich das Nettoergebnis der Alkalinisierung durch Sulfatreduktion aus der Differenz der Brutto-Reduktion von Sulfat und dem gegen-läufigen Prozess der (Rück-)Oxidation ergibt, ist das Endresultat umso besser, je geringer der Sauerstoffzutritt ist. Im Laborversuch mit stark schwefelsaurem Wasser wurde eine vollständige Entsäuerung erreicht mit jährlichen Sulfatreduk-tionsraten von 15 eq/m2 · a, im Freiland am Berg-baufolgesee RL 111 in Klein-Enclosures ein Wert von 10 eq/m2 · a. In einem organisch gedüngten kleinen See wurden 12 eq/m2 · a am Ende der sommerlichen Schichtungsperiode erreicht. Nach der Volldurchmischung im Herbst und der dadurch bedingten Rückoxidation blieben nur geringe Anteile der Bruttoergebnisse erhalten: 0,3 bis 1,7 in Groß-Enclosures mit Stroheinbau-

ten über Grund, während im Kontrollexperiment ohne Strohauflagen nach 4 Monaten eine voll-ständige Rückoxidation der zunächst gebildeten Schwefel – Reduktionsprodukte erfolgte (DBU-Projekt an TBS 111, Endbericht 2006). In neutra-len Naturseen wurden Alkalinisierungsraten von durchschnittlich 0,18 (nährstoffarme Seen) bis 1,8 eq/m2 · a (nährstoffreiche Seen) beobachtet (Koschorreck et al. 2007).

In einem im Bergbaufolgesee RL111 instal-lierten, schwimmenden In-Situ-Durchflussreak-tor wurde unter Freilandbedingungen mit einem extrem sauren Seewasser eine Sulfatreduktions-rate von 0,28 g/L · d erreicht (Koschorreck et al. 2007). Dabei müssen die Endprodukte auf dem Seegrund dauerhaft deponiert werden. Im land-seitig betriebenen Hochleistungsreaktor konnte bei erhöhter Temperatur und Zuführung von neu-tralisertem Rohwasser eine Rate von 450 mg/L · h erzielt werden (Glombitza und Karnatz 2003). Die entstehenden Endprodukte sind landseitig zu verwerten.

5.11 Renaturierung von Fließgewässern

5.11.1 Grundsätze

Unter Renaturierung von Fließgewässern wird hier die Wiederherstellung der natürlichen Vor-flutverhältnisse von Flüssen, Bächen und Gra-bensystemen verstanden. Diese Gewässer müssen Oberflächenwasser, exfiltrierendes Grundwasser nach Abschluss des Grundwasserwiederanstiegs sowie Zu- und Ablaufwasser der Bergbaufolg-eseen schadlos abführen. Die renaturierten Fließ-gewässer in ihrer vernetzten Struktur sind damit ein wesentliches Element bei der Wiederher-stellung eines ausgeglichenen, sich weitestge-hend selbst regulierenden Wasserhaushaltes in den vom Braunkohlenbergbau beeinträchtigten Flusseinzugsgebieten. Damit wird den Zielstel-lungen der EG-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL 2000) sowie deren Umsetzung in das Wasser-haushaltsgesetz (WHG 2010) zur nachhaltigen Gewährleistung der ökologischen Funktion von Gewässern Rechnung getragen.

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 100: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

364

Durch den Braunkohlenbergbau kam es in der Vergangenheit zu erheblichen Störungen des natürlichen Fließgewässersystems. Ursprünglich vorhandene Vorflutsysteme sind heute durch die Tagebauführung und die großräumige Grund-wasserabsenkung vielfach nicht mehr funktions-fähig. Abweichungen zum vorbergbaulichen bzw. naturnahen Gewässerzustand sind vielfäl-tig, z. B.• Abtrennung des Einzugsgebietes von Fließge-

wässer• Veränderung des Abflussprofils• fehlende Verbindung zwischen Grund- und

Oberflächenwasserkörper• fehlende Strukturvielfalt, fehlende Tiefen-

und Breitenvarianz• Störung der Durchgängigkeit• morphologische Veränderungen• Veränderung des Sohlsubstrates• Veränderung der Gehölzbestände im Ufer-

und Umfeldbereich• Veränderung der Krautvegetation• Veränderung der angrenzenden Bereiche• Ablagerung von Sedimenten.

5.11.2 Maßnahmen

Die Beseitigung der vorhandenen Defizite an den bergbaulich beeinflussten Fließgewässern erfor-dert zielgerichtete Maßnahmen. Diese Maßnah-men müssen sich an den gesetzlichen Anforde-rungen unter Beachtung der Verhältnismäßigkeit zwischen Kosten und Nutzen orientieren. Haupt-aufgaben sind die notwendige Einbindung der entstehenden Bergbaufolgeseen in die Vorflut, die Schaffung von Vorflutsystemen auf den Kip-penflächen und die Renaturierung vorhandener Vorfluter.

Die Verbindung der natürlichen Fließgewäs-ser mit dem Grundwasserkörper ist eine wesent-liche Voraussetzung für eine intakte Fließgewäs-serstruktur. In der Regel kommt es dabei zu einer Exfiltration von Grundwasser in die Fließgewäs-ser. Nur in Ausnahmefällen ist eine Infiltration in das Grundwasser langfristig zuzulassen.

Maßnahmen zur Wiederherstellung des natur-nahen Fließgewässerzustandes sind unter ande-rem:• Anpassen des Abflussprofils im Gewässer an

die nachbergbaulichen Abflusswerte – unter Beachtung der Gewährleistung eines ökolo-gischen Mindestabflusses – durch Erdarbeiten an den Böschungen und durch Einbringung eines gleichgewichtsstabilen Substrates in das Gewässerbett

• Entfernen der Gewässerdichtung bzw. Perfo-rierung der Dichtungsschicht im Abflussprofil des Gewässers, um Infiltrationen nach Anstieg des Grundwassers in das Fließgewässer zuzu-lassen

• Instandsetzen der vorhandenen Grabensys-teme durch Entkrautung, Entschlammung, lokale Gehölzrodung und Profilerweiterungen

• Instandsetzen der vorhandenen Durchlässe durch Neubau bzw. Reparatur, Wiederherstel-len von Gräben in den Gebieten, die infolge des Grundwasserwiederanstiegs nach Ende des Bergbaus oberflächennahe Grundwasser-stände aufweisen werden

• Beseitigen von Querbauwerken im Fließge-wässer und Beseitigung von Sohl- und Ufer-verbauungen, um eine weitgehend ungestörte Gewässerdurchgängigkeit zu gewährleisten

• Neubau von Gräben zur Anbindung von Berg-baufolgeseen an das bestehende Gewässer-system, nach Möglichkeit unter Nutzung vor-bergbaulicher Vorflutertrassen

• Entfernen von Sedimenten und von Ablage-rungen aus dem Abflussprofil der Gewässer

• Ökologische Umgestaltung von verbau-ten bzw. verrohrten Grabenabschnitten und Umgestaltung zu einem offenen Gerinne mit einem Gewässerrandstreifen unter Verwen-dung von naturraumtypischen Gehölzen

• Ersatz der vorhandenen Durchlässe im Fließ-gewässerverlauf durch Brückenbauwerke bzw. Umgestaltung dieser Durchlässe mit grö-ßeren Abflussquerschnitten zur Verminderung von Aufstaueffekten

• Herstellung von Vorflutern und Schaffen von Möglichkeiten einer bedarfsgerechten Was-serverteilung unter Berücksichtigung nut-zungsrelevanter Anforderungen (z. B. durch

F.-C. Benthaus et al.

Page 101: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

365

Wasserwirtschaft, Teichwirtschaften) an das Gewässer

• Minderung des Zutritts bergbaubedingt ver-sauerter, eisen- und sulfatbelasteter Grund-wässer im Zuge des Grundwasserwiederan-stiegs.

Die durchzuführenden Maßnahmen zur Ge-wässerrenaturierung im Zusammenhang mit der Beseitigung der Folgen der bergbaulichen Be-einflussung des Gewässers sind darauf hin aus-gerichtet, eine effektive Verbesserung des Reten-tionsvermögens, des Abflussverhaltens sowie der Gewässerökologie zu ermöglichen. Damit wird auch ein wesentlicher Beitrag zur Reduzierung der aus dem Grundwasserwiederanstieg resultie-renden Gefährdung geleistet.

5.11.3 Planung

Bei der Konzeption von Renaturierungsmaßnah-men für bergbaulich beeinflusste Abschnitte der Fließgewässer sind folgende Planungsschritte durchzuführen:1. Erfassung der Funktion des Fließgewässers2. Erfassung der aktuellen Zuständigkeit3. Beschreibung der Abweichung zum vorberg-

baulichen bzw. naturnahen Gewässerzustand4. Ermittlung der Ursachen der Abweichung5. Bewertung der Notwendigkeit der Renaturie-

rung zur Zielerreichung6. Beschreibung der erforderlichen Maßnahmen

zur Beseitigung der Abweichung7. Ermittlung von Prioritäten zur Umsetzung8. Abschätzung der finanziellen Aufwendungen

der Maßnahme

9. Ermittlung des potentiellen Nutzens der Maß-nahme.

Fließgewässer erfüllen neben ihren hydrauli-schen Aufgaben vielfältige biologische und öko-logische Funktionen. Deren Ausprägung wird durch die vielfältigen Wirkungszusammenhänge zwischen Abfluss- und Strömungsgeschehen, Ge-wässermorphologie und Topographie bestimmt. Durch Gewässerregulierung, Umgestaltung und Neugestaltung kann die strukturelle und funktio-nelle Eigenart eines Gewässers wieder hergestellt werden. Bei allen Maßnahmen ist auch die spä-tere bedarfsorientierte Gewässerunterhaltung zu berücksichtigen.

Die Ermittlung von Prioritäten zur Umset-zung der Maßnahmen ergibt sich insbesondere aus dem Erfordernis der Flutung von Bergbau-folgeseen, dem Erreichen der prognostizierten Endgrundwasserständen und auftretenden öko-logischen Defiziten in den Fließgewässern. So ist der Eintrag von hohen Stofffrachten aus dem belüfteten Grundwasser in die Fließgewässer zu berücksichtigen.

Letztendlich ist die Abschätzung der finan-ziellen Aufwendungen für die einzelnen Maß-nahmen erforderlich, um diese in die langfristige Sanierungsstrategie einordnen zu können. Die Höhe der spezifischen Kosten wird dabei ent-scheidend von der Funktion des Gewässers und der erforderlichen Renaturierungsmaßnahmen beeinflusst.

Im Lausitzer und Mitteldeutschen Braunkoh-lenrevier sind insgesamt 519 Fließgewässer mit einer Gesamtlänge von 1.775 km hinsichtlich erforderlicher Renaturierungsmaßnahmen unter-

Tab. 5.22 Untersuchte Fließgewässer je Bundesland nach Anzahl und Länge sowie die Anzahl der Fließgewässer nach Art der Beeinflussung (Tynior et al. 2006)Bundesland Fließgewässer Anzahl Fließgewässer nach Art der Beeinflussung1)

Anzahl Länge (km)

Verlegt/Profil verändert

Gedichtet Einzugs-gebiet abgeschnitten

Durch-gängig-keit gestört

Einbindung Gewässer-system

Brandenburg 153 626 31 6 73 42 23Sachsen 313 961 78 34 137 205 83Sachsen-Anhalt 48 179 29 9 28 22 19Thüringen 5 9 2 2 3 4 0Summe 519 1.775 140 51 241 273 125

1) Mehrfachnennung möglich

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 102: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

366

sucht worden. Eine Übersicht zeigt die Tabel-le 5.22.

Eine große Anzahl der Fließgewässer ist wäh-rend der Gewinnung durch den Tagebau verlegt worden oder in der Durchgängigkeit verändert worden (s. a. Abb. 5.69 verlegtes Flussbett der Weißen Elster). Diese Veränderungen sind an die nachbergbauliche Situation anzupassen.

5.11.4 Beispiel Renaturierung des Fließgewässers Schrake

Die Schrake ist ein zum Biosphärenreservat Spreewald entwässerndes Fließ mit 16 km Länge und einem Einzugsgebiet von 170 km2. Zur Ab-leitung des aus den Tagebauen Schlabendorf-Nord und Schlabendorf-Süd gehobenen Gruben-wassers wurde die Schrake teilweise verlegt, mit Wehranlagen ausgerüstet und mit einem großem Querschnitt ausgebaut. Das abgeleitete Gruben-wasser aus Filterbrunnen war sehr eisenhaltig und führte zur Ablagerung von Eisenhydroxid-schlamm (Abb. 5.81).

Die Durchgängigkeit ist durch Wehranlagen gestört. Die Renaturierung dieses erheblich ver-änderten Gewässers erfolgte mit dem Ziel, das

Selbstreinigungsvermögen des Gewässers sowie den Wasserrückhalt zu fördern, den ökomorpho-logischen Gewässerzustand zu verbessern, die Gewässerbiozönosen aufzuwerten und die Ein-bindung von drei Bergbaufolgeseen in das Ge-wässernetz zu gewährleisten.

Im Einzelnen umfasste die Renaturierung der Schrake folgende Maßnahmen: Beräumung des Eisenhydroxidschlammes, Rückbau von Quer-bauwerken und Neubau von Sohlschwellen/Sohlgleiten, abschnittweise Abdichtung der Ge-wässersohle, abschnittweise Aufhöhung der Ge-wässersohle, Gestaltung eines neuen Gewässer-profils einschließlich Einbringen von Totholz in das Gewässerbett, Schaffung eines leicht mäand-rierenden Gewässerverlaufs in der Mittelwasser-linie sowie Bau- und Instandsetzungsmaßnah-men.

Im verlegten Abschnitt der Schrake werden nach Abschluss des Grundwasserwiederanstiegs einige Bereiche ohne Grundwasserschluss sein. Um die Exfiltration des Gewässers über die Sohle zu verhindern, sind hier Maßnahmen zur Abdichtung der Gewässersohle vorgesehen.

Die Durchführung der Arbeiten erfolgte unter weitgehender Schonung der bestehenden Ufer-vegetation (Abb. 5.82). Die Abbildung 5.83 zeigt

Abb. 5.81 Die Schrake vor der Renaturierung

F.-C. Benthaus et al.

Page 103: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

367

das renaturierte Gewässer nach Abschluss der Arbeiten.

5.12 Montanhydrologisches Monitoring

5.12.1 Zielstellung

Die Überwachung der wasserwirtschaftlichen Sanierung in der Bergbaufolgelandschaft bildet einen Sonderbereich der Sanierungsüberwa-chung. Er grenzt sich örtlich, zeitlich, eigentums- und verantwortungsrechtlich sowie finanziell von der Umweltüberwachung der Landesbehör-den ab.

Grundsätzlich wird zwischen einer infor-mations- und einer entscheidungsorientierten Überwachung unterschieden. Die informations-orientierte Überwachung dient dem allgemeinen Erkenntnisgewinn, der Dokumentation des Ab-laufs und der Beweissicherung. Demgegenüber steht im Mittelpunkt der entscheidungsorien-tierten Überwachung die Ableitung von Ent-scheidungen in Abhängigkeit der Soll-Ist-Ab-weichungen bzw. der Erfolgskontrollbewertung. Mit dem Fortschreiten der wasserwirtschaft-lichen Sanierung steigen die Anforderungen an die Genauigkeit der Überwachungsdaten und an die davon abgeleiteten steuernden Entschei-dungen. Um die hierfür erforderliche Quali-tätssicherung und einheitliche Handlungsweise der LMBV mbH zu gewährleisten, wurde das Merkblatt „Montanhydrologisches Monitoring“ (MHM) vom DGFZ e. V., der BGD GmbH und der IBGW GmbH im Jahr 2000 erarbeitet und in der inzwischen fortgeschriebenen aktuellen Fassung im Juni 2008 von der LMBV erneut für ihren Verantwortungsbereich verbindlich er-klärt worden (LMBV 2008).

Das Merkblatt dient der Qualitätssicherung und dem einheitlichen Handeln in der LMBV bei der Planung und der Durchführung der Überwa-chung der bergrechtlich bestimmten Sanierung der wasserwirtschaftlichen Verhältnisse in den vom Bergbau betroffenen Flächen, bezogen auf den Absenkungstrichter der bergbaulichen Was-serhaltung.

5.12.2 Grundsätze

Die im Merkblatt getroffenen Aussagen zur Messstellenzahl, Mess-/Probenahme-Intervallen und Mess-/Analysenprogramm sind unter Be-achtung der örtlichen Spezifik im Sinne einer Einzelfallprüfung objekt-, schutzgut- und nach-nutzungskonkret zu treffen und zu begründen.

Als Mittel zur Optimierung des Beobach-tungsumfanges soll ein Betreiberplan erstellt werden, der spezifisch für das jeweilige Gewäs-ser die zu untersuchenden Parameter, Messstel-len und den Messzyklus definiert. Dabei ist der

Abb. 5.82 Die Schrake nach Abschluss der Renaturie-rung mit einer Sohlgleite

Abb. 5.83 Die Schrake nach Abschluss der Renaturie-rung im neuen Gewässerbett

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 104: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

368

in Abbildung 5.84 gezeigte Algorithmus „Betrei-berplan“ umzusetzen.

Insbesondere ist zu gewährleisten, dass mit dem objektkonkreten Erkenntnisgewinn der Überwachungsaufwand optimiert werden kann. Das „Montanhydrologische Monitoring“ muss dabei jederzeit transparent und prüfbar sein.

Die Repräsentanz verkürzter Analysen ist durch innere und äußere Kontrolle nachzuwei-sen. Bei der Beprobung ist sicherzustellen, dass eine Probenahme unter gleichen Bedingungen zu unterschiedlichen Zeiten erfolgen kann.“

5.12.3 Geltungsbereich

Der sachliche Geltungsbereich ist auf die Über-wachung der Sanierung der wasserwirtschaft-lichen Verhältnisse im hydrologisch bestimm-ten Einflussbereich ehemaliger Betriebsanlagen unter Einbeziehung der Wasserhaushaltselemen-te Niederschlag, Bodenwasser, Grundwasser, Seewasser und Fließgewässer beschränkt.

Der örtliche Geltungsbereich wird durch die seitens der LMBV durchzuführenden wasserwirt-schaftlichen Sanierungsarbeiten determiniert. Die Grenzen des Abschlussbetriebsplanes sind im Allgemeinen auch die Überwachungsgrenzen des MHM; es sei denn, die Überwachung der Sa-nierung der wasserwirtschaftlichen Verhältnisse erfordert eine Ausdehnung des Monitoringberei-ches durch Untersuchungen zu Sanierungskon-zepten und Abwehrmaßnahmen des mit der berg-baulichen Stilllegung der Braunkohlentagebaue verbundenen Grundwasseranstiegs.

Der zeitliche Geltungsbereich endet mit der Entlassung der Sanierungsgebiete aus der Berg-aufsicht.

5.12.4 Umfang des montanhydrologi-schen Monitorings

Das montanhydrologische Monitoring umfasst die Überwachung des Klimas, des Bodenwas-sers, des Grundwassers, der Bergbaufolgeseen (einschließlich deren oberirdische Zuflüsse über Böschungen), der Fließgewässer und der Gru-benwässer. Hierzu werden festgelegt:• die Strukturierung der Überwachungsobjekte

sowie Anzahl und Anordnung der Messpunkte• die zu erfassenden Daten• die Messzeiten• die Anforderungen an die konstruktive Gestal-

tung der montanhydrologischen Messstellen, wie z. B. an Erosionsmessstellen, Sonder-messstellen zur anaeroben, vertikal differen-zierten Grundwasserprobenahme, Sickerwas-sermessstellen

• die Planung, Durchführung und Auswertung der Probenahme

• die Art der Konservierung der Proben

Abb. 5.84 Schematisierter Messnetzbetreiberplan (LMBV 2008)

Durchführung des montanhydrologischen Monitoringsbis zum Ende des Geltungsbereiches

Prüfung auf Erreichbarkeit der SanierungszielePlanung/Durchführung

gegebenenfalls erforderlicher Maßnahmen

Vergleich Prognose- mit Istwertengegebenenfalls erforderliche Modellkalibrierung

Durchführung des montanhydrologischen Monitoringseinschließlich Qualitätssicherung

Optimierung des MonitoringprogrammsMess-/Probennahmetermine

Analytikprogramm

Aufbau eines geohydrochemischen Prognosemodellseinschließlich Sensitivitätsanalyse für die

Modellparameter/-kennwerte

Durchführung des montanhydrologischen Monitoringsentsprechend Kenntnisstand

(Grundprogramm + Zusatzprogramme)

Neubau von Messstellen

Eignungsprüfung vorhandener Messstelleneinschließlich einer Defizitanalyse

Modellgestützte Planung der Messstellennach Art und Anzahl

Objektspezifischer Betreiberplanzum Erreichen der

Sanierungsziele/Sanierungszielwerte

F.-C. Benthaus et al.

Page 105: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

369

• die Analytik (Vor-Ort-Analytik und laborative Analytik)

• den Rückbau von Messstellen.Die praktische Umsetzung der Forderungen des LMBV-Merkblattes MHM wird durch Muster-leistungsbeschreibungen (MLB) und Muster-leistungsverzeichnisse (MLV) geregelt. In diese gingen die im Rahmen der bergbauspezifischen Umsetzung der durch DIN, DVWK, DVGW und LAWA gegebenen allgemeingültigen Regeln ein. Folgende Leistungsbeschreibungen und Leis-tungsverzeichnisse wurden für die LMBV er-arbeitet:• Errichtung und Abnahme von Grundwasser-

messstellen• Errichtung und Abnahme von Bodenwasser-

und Bodenluftmessstellen• Errichtung und Abnahme von Oberflächen-

wassermessstellen• Errichtung und Abnahme von Erosionsmess-

stellen• Eignungstest vorhandener Grundwassermess-

stellen• Eignungstest vorhandener Bodenwasser- und

Bodenluftmessstellen• Montanhydrologisches Monitoring (Gesamt-

heit aller oben dargestellten Leistungen für alle Überwachungsbereiche).

5.12.5 Qualitätssicherung

Die Qualitätssicherung beginnt bereits mit der Erarbeitung des objektkonkreten Betriebsplans. Dieser Plan wird modellgestützt, d. h. auf der Grundlage eines hydrogeologischen Modells er-arbeitet. Als Ergebnis werden begründete Mess- bzw. Probenahmefrequenz und das Messpara-meterspektrum erhalten. „Begründet“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die messtechnisch zu bestimmenden Parameter zur konkreten Ent-scheidungsfindung erforderlich sind. Darüber hinaus ist das erweiterte Analysenspektrum zu erarbeiten, das dem Ziel der Qualitätssicherung dient. Hierzu sind im LMBV-Merkblatt des MHM konkrete Vorschläge enthalten. Entschei-dungen, die von Messwerten des MHM abhän-gen, werden in einem ersten Schritt bei der Er-

arbeitung von Messnetzbetriebsplänen explizit ausgewiesen. Dabei wird aufgezeigt, welcher Messwert in welchem Wertebereich welche der zu treffenden Entscheidungen in welcher Weise beeinflusst (s. Abb. 5.84).

Auf dieser Grundlage sind in den entsprechen-den Ausschreibungsunterlagen zur Probenahme und Analytik detaillierte Angaben zu den Prüf-kriterien und den Folgen enthalten, die eintreten, wenn die Prüfkriterien nicht eingehalten werden. So muss z. B. der Ionenbilanzfehler weniger als 10 % betragen. Weiterhin erfolgt eine unange-meldete Vor-Ort-Prüfung durch Mitarbeiter der LMBV, ggf. unter Einbeziehung eines unabhän-gigen, externen Sachverstandes, auf der Grund-lage von Prüfprotokollen. Diese wurden entspre-chend der in den Musterleistungsbeschreibungen mit Musterleistungsverzeichnis enthaltenen Qua-litätssicherungsmaßnahmen erarbeitet. Darin in-tegriert sind auch die Prüfung weiterer Qualitäts-sicherungsmaßnahmen, wie die Einhaltung der Probenahmevorgaben, das zwischen Labor und Probennehmer auszufertigende Übergabe-/Über-nahmeprotokoll, die sachgerechte Durchführung der Vor-Ort-Analytik und Probenpräparation.

Werden die Vorgaben zu den Ionenbilanzfeh-lern nicht eingehalten bzw. Plausibilitätsfehler oder/und Fehler bzw. Versäumnisse bei den o.g. Prüfungen bzw. Kontrollen festgestellt, so ist die Probenahme, einschließlich der Wasseranalyse für die betreffenden Messstellen auf Kosten des AN zu wiederholen. Der Nachweis für die Pro-benkonservierung, die Probenverdünnung und den Probentransport wird auf der Grundlage der Übergabe-/Übernahmeprotokolle geführt.

Im Rahmen der Qualitätssicherung werden ausgewählte Proben von einem Referenzlabor der LMBV vor Ort parallel zum Probenahmevor-gang des Auftragnehmers abgefüllt, präpariert und analysiert sowie die Vor-Ort-Bestimmung der Säure-/Basenkapazität durchgeführt.

Bedingt durch den hohen Qualitätsanspruch und die Besonderheiten des montanhydrologi-schen Monitorings wird gefordert, dass mit der Grundwasserprobennahme und Analytik nur Einrichtungen beauftragt werden, die hierfür über eine Akkreditierung bzw. Zertifizierung nach DIN EN 17025:2005 und OFD-Hannover/

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 106: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

370

BAM-Vereinbarung verfügen und ein Zertifi-kat über die erfolgreiche Teilnahme an einer in Verantwortung der LMBV mbH durchgeführten Weiterbildung zur Durchführung und Auswer-tung der im Bereich des montanhydrologischen Monitorings erforderlichen Leistungen besitzen.

Die Belastbarkeit der auf dieser Grundlage bisher erzielten Monitoringergebnisse bzw. Sa-nierungsentscheidungen rechtfertigt den darge-stellten Aufwand.

Beispiel eines MessnetzbetreiberplansNachfolgend soll ein Messnetzbetreiberplan am Beispiel der Grundwasserüberwachung des Co-spudener Sees dargestellt werden. Das Grund-wassermessnetz Cospuden wurde 1995 im Rah-

men des Sondermessnetzes Braunkohle als erstes im Bereich der LMBV errichtet. Die während des Messnetzbetriebes gewonnenen Erkenntnisse bildeten eine wesentliche Grundlage für die Er-arbeitung des MHM.

Die Planung nach Anzahl, Art und räumlicher Anordnung der Filterelemente von Grundwas-sermessstellen erfolgte modellgestützt. Hierfür wurde das Hydrogeologische Großraummodell Süd (HGMS) verwendet, das mittels des Pro-grammsystems PCGEOFIM (3D) erstellt wurde. Entsprechend der ausgegrenzten hydraulischen Bilanzgebiete und Stromlinien wurden Mess-stellengruppen so angeordnet, dass eine teufe-norientierte und stromlinien-/bilanzgebietsbezo-gene Beobachtung der Grundwasseränderungen

Abb. 5.85 Anordnung der Grundwassermessstellen-gruppen zur teufenorien-tierte und stromlinien-/bilanzgebietsbezogene Beobachtung der Grund-wasseränderungen nach Menge und Beschaffen-heit. (schwarz umrandet: Messstellengruppen im Kippenbereich)

F.-C. Benthaus et al.

Page 107: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

371

nach Menge und Beschaffenheit möglich wurde (Abb. 5.85). Nach einer Eignungsprüfung bereits am Standort verfügbarer und prinzipiell geeigne-ter Grundwassermessstellen musste festgestellt werden, dass diese hinsichtlich der neuen Ziel-stellung einer prozessbezogenen Grundwasser-überwachung nicht geeignet waren.

Ersichtlich sind die entsprechend der Grund-wasserströmungsgeschwindigkeit unterschiedli-chen Abstände der Grundwassermessstellen, die im Kippenbereich enger sind als im Grundwas-serleiter 1.

Da eine modellgestützte Planung der Grund-wasserbeschaffenheit aufgrund fehlender Erfah-rungen nicht möglich war, erfolgt gemäß des im LMBV-Merkblatt enthaltenen Algorithmus „Be-treiberplan zum Erreichen der Sanierungsziele und Sanierungszielwerte“ (s. Abb. 5.84) zunächst der Messnetzbetrieb auf der Grundlage eines Ba-sismessprogramms. Somit wurden zwei Grund-wasserprobennahmetermine pro Jahr festgelegt.

Das Analysenprogramm bestand aus folgen-den Teilmodulen:• Beschaffenheit – Grundprogramm: ermög-

licht unter anderem die Berechnung bzw. Prü-fung der Ionenbilanzfehler

• Beschaffenheit – Zusatzprogramm: Altlasten (für Messstellen, die im Einflussbereich von Altlasten liegen)

• Beschaffenheit – Zusatzprogramm: Versaue-rung (für Messstellen, die im Einflussbereich von Versauerungen liegen)

• Beschaffenheit – Zusatzprogramm: Beson-dere Indikationen (für Kontrolluntersuchun-gen; zur Qualitätssicherung)

• Beschaffenheit – Zusatzprogramm: Betonag-gressivität (für Messstellen, die im Einfluss-bereich von Bauwerken liegen).

Nach einem 5-jährigen Messnetzbetrieb erfolgte auf der Grundlage der auf Belastbarkeit geprüf-ten Grundwasserüberwachungsdaten eine erste Optimierung des Messnetzbetriebes hinsichtlich der Probenahmeintervalle. Das Ergebnis wurde in der Tabelle. 5.23 mit dem der 2005 durchge-führten zweiten Messnetzoptimierung zusam-menfassend dargestellt. Im Rahmen der 2005 für den montanhydrologischen Überwachungs-bereich des Cospudener Sees durchgeführten Optimierung des Messnetzbetriebes wurde durch die Autoren die Methodik einer kontrollraum-bezogenen Datenauswertung entwickelt und an-gewandt. Damit ist es möglich, eine Analyse der dem Cospudener See über den Grundwasserpfad zu- bzw. abströmenden Stoffkonzentrationen im Sinne einer frachtgewichteten Auswertung dar-zustellen. Ein Beispiel ist der Abbildung 5.86 zu entnehmen. Dabei wird die Zeitachse in ausge-tauschte Porenvolumen transformiert, wodurch eine direkte, strömungsgewichtete Vergleichbar-

Abb. 5.86 Nettoacidität in den Grundwassermess-stellen (RCO) am Cospu-dener See

-6-4-202468

101214

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00

Ausgetauschte Porenvolumen

Net

toac

iditä

t in

mm

ol/l

RCO 1 (36411) RCO 5 (36451) RCO 11 (36511)

RCO 14 (36541) RCO 19A (36591) RCO 20 (36601)

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 108: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

372

keit aller Analysenergebnisse ermöglicht wird. Auf dieser Grundlage konnte eine weitere stoff-frachtbezogene Reduzierung der Probennahme-intervalle belastbar begründet werden. Die dar-aus resultierende Einsparung wurde in der Tab. 1 zusammengefasst. Eine weitere Reduzierung betrifft das Analysenprogramm, dass aufgrund einer durch die Belastbarkeit der Analysenergeb-nisse und deren strömungsgewichteter Auswer-tung ermöglichten Trend- und Sensitivitätsana-lyse gekürzt werden konnte. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass auf keine der modell-gestützt geplanten Grundwassermessstellen ver-zichtet werden kann, keine weitere erforderlich ist und das verwendete geohydraulische Modell belastbare Bilanzwerte berechnet.

Bei einer Bewertung der in Tabelle 5.23 dar-gestellten Einsparungsmöglichkeiten ist zu be-achten, dass diese ohne Verlust an Informationen und deren Qualität erfolgt. Aus der Sicht der Au-toren ist dies eine grundlegende Voraussetzung, um belastbare Entscheidungen hinsichtlich not-wendiger und verhältnismäßiger Sanierungsmaß-nahmen treffen zu können.

5.12.6 Verallgemeinerungsfähige Ergebnisse

Das montanhydrologische Monitoring wird seit 15 Jahren in der wasserwirtschaftlichen Sanie-rung betrieben, davon seit ca. 12 Jahren nach dem LMBV-Merkblatt „Montanhydrologisches Monitoring in der Phase des Abschlussbetriebs-planes“. Es kann zusammenfassend festgestellt werden, dass der Übergang von einer informati-ons- zu einer entscheidungsorientierten Überwa-chung vollzogen wurde. Der dafür entwickelte Messnetzbetreiberplan hat sich bewährt. Er dient gegenwärtig z. B. auch als Vorlage für die Ent-wicklung des Monitored Natural Attenuation (MNA) für die Bereiche außerhalb des montan-

hydrologischen Monitorings. Die auf der Grund-lage des Messnetzbetreiberplanes durchgeführte Messnetzoptimierung ist nachvollziehbar und ermöglicht signifikante Einsparungsmöglich-keiten ohne Verlust an Informationen und deren Qualität. Die im Rahmen der Messnetzoptimie-rung von den Autoren entwickelte Methodik einer kontrollraumbezogenen Datenauswertung ermöglicht eine frachtgewichteten Analyse von Datenreihen. Eine weitere Reduzierung betrifft das Analysenprogramm, dass aufgrund einer durch die Belastbarkeit der Analysenergebnisse und deren strömungsgewichteter Auswertung er-möglichten Trend- und Sensitivitätsanalyse ge-kürzt werden konnte.

Die Erzielung belastbarer Monitoringergeb-nisse ist Grundlage für die Entscheidung über Notwendigkeit und Verhältnismäßigkeit von Sanierungsmaßnahmen. Sie erfordert ein hohes Maß an praktikablen Qualitätssicherungsmaß-nahmen. Dies konnte mit dem MHM erzielt wer-den. Deutlich wird dieser Sachstand unter ande-rem auch dadurch, dass die im MHM entwickel-ten Qualitätssicherungsmaßnahmen im Rahmen ausländischer Projekte und nationaler Regelwer-ke erfolgreich eingebracht werden konnten.

5.13 Wasserwirtschaftliche Nachsorge an Bergbaufolge-seen

5.13.1 Definitionen und Ziele

Unter wasserwirtschaftlicher Nachsorge ist die umfassende und nachhaltige Sicherung aller durchgeführten Sanierungsmaßnahmen an einem Bergbaufolgesee zu verstehen. Sie dient der Ge-währleistung der ökologischen Funktionstüchtig-keit der Bergbaufolgeseen und deren Anbindung an das natürliche Gewässersystem. Die geplante Gewässernutzung kann mit dem Erreichen des unteren Zielwasserstandes im Bergbaufolgesee beginnen.

Die wasserwirtschaftliche Nachsorge an Berg-baufolgeseen setzt sich aus zwei Bestandteilen zusammen (Beims et al. 2005):

Tab. 5.23 Kostenvergleich für das Monitoringprogramm1995–1999 2000–2005 2006 – …Jahreskosten Kostenreduzierung

umKostenreduzie-rung zu 2005 um

100 % 50 % 35 %

F.-C. Benthaus et al.

Page 109: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

373

• Der allgemeinen wasserwirtschaftlichen Nachsorge, welche alle Betriebs- und Unter-haltungsleistungen, die an jeweils vergleich-baren natürlichen oder künstliche Gewässern gemäß der Nutzungsziele und der wasser-rechtlichen Rahmenbedingungen gemäß Planfeststellungsbeschluss zu erbringen sind, umfasst (Basisaufwand).

• Der bergbaubedingten wasserwirtschaftlichen Nachsorge, welche bergbaubedingt zusätz-lich zu erbringende Leistungen beinhaltet und vom Bergbauunternehmer gesondert zu berücksichtigen ist.

Die Grenzen zwischen beiden Bestandteilen sind dabei fließend. Nachfolgend wird speziell auf die Belange der bergbaubedingten wasserwirtschaft-lichen Nachsorge eingegangen. Abbildung 5.87 zeigt die Phasen der Entstehung von Bergbau-folgeseen sowie die Einordnung der bergbaube-dingten wasserwirtschaftlichen Nachsorge.

Der Flutung des Bergbaufolgesees ist eine Sanierungsphase vorausgegangen, in der die technischen Maßnahmen zur Böschungs- und Ufersicherung sowie zur Böschungsgestaltung erfolgten und in der die wasserwirtschaftlichen Anlagen errichtet wurden. Sanierungs- und Flu-tungsphase können sich dabei abschnittsweise überschneiden.

Die bergbaubedingte wasserwirtschaftliche Nachsorge umfasst unabhängig von der berg-rechtlichen Situation zwei Phasen. Ihr Beginn

und ihr Ende sind jeweils von der Erfüllung was-serwirtschaftlicher Kriterien abhängig. Die bei-den Phasen der Nachsorge werden entsprechend Tabelle 5.24 abgegrenzt (Beims et al. 2005).

5.13.2 Maßnahmen

Im Rahmen der bergbaubedingten wasserwirt-schaftlichen Nachsorge an den Bergbaufolgeseen sind vom Bergbauunternehmen die nachfolgend genannten Maßnahmen durchzuführen:• Stützung des Wasserstandes im Bergbaufolg-

esee bis zum Erreichen des stabilen Zielwas-serstandes und damit mittelbar Auffüllung des Grundwasserdefizits im hydraulisch beein-flussten Bereich des Bergbaufolgesees unter Berücksichtigung natürlicher Schwankungen

• Maßnahmen zur nachhaltigen Sicherung der an Nutzungsvorhaben orientierten Gewässer-güte im Bergbaufolgesee

• Steuerung der Wassergüte und –menge im Gewässersystem im Rahmen der rechtlichen Verpflichtungen und behördlichen Vorgaben, um eine vom Bergbau und von der Herstel-lung der Bergbaufolgelandschaften herrüh-rende Verschlechterung der Wasserbeschaf-fenheit zu vermeiden sowie den behördlich festgelegten Mindestabfluss zu gewährleisten

Abb. 5.87 Phasen der Entstehung von Bergbau-folgeseen

Fluten derBergbaufolgeseen bis zum Zielwasserstand

Errichten wasserwirt-schaftlicher Bauwerke

Bautechnische Herstellung des TFS

BergrechtWasserrecht

Bergbaubedingte wasserwirtschaftliche Nachsorge

Stabilisierung des Zielwasserstandes

1. Nachsorgephase

10 bis 15 Jahre

2. Nachsorgephase

5 bis 25 Jahre

Bergmännische Grundsanierung

Stabilisierung der Wasserbeschaffenheit

Ziele:

2030Gewässerunterhaltung als Basisaufgabe

Herstellung des Tagebaufolgesees TFS

wasserrechtlicher PF-BeschlussBeendigung der Bergaufsicht

2021 bzw. 20272015Zeitmarken EU WRRL

Fluten derBergbaufolgeseen bis zum Zielwasserstand

Errichten wasserwirt-schaftlicher Bauwerke

Bautechnische Herstellung des TFS

BergrechtWasserrecht

Bergbaubedingte wasserwirtschaftliche Nachsorge

Stabilisierung des Zielwasserstandes

1. Nachsorgephase

10 bis 15 Jahre

2. Nachsorgephase

5 bis 25 Jahre

Bergmännische GrundsanierungBergmännische Grundsanierung

Stabilisierung der Wasserbeschaffenheit

Ziele:

2030Gewässerunterhaltung als Basisaufgabe

Herstellung des Tagebaufolgesees TFS

wasserrechtlicher PF-BeschlussBeendigung der Bergaufsicht

2021 bzw. 20272015Zeitmarken EU WRRL

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 110: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

374

• Schaffung von Voraussetzungen für die Ein-haltung der Ausleitkriterien in die öffentlichen Fließgewässer

• Unterhaltung der Bergbaufolgeseen, der neuen Fließgewässer und dazugehöriger Anlagen bis zum Übergang der Verpflichtungen auf den Nachnutzer oder den zur Gewässerunterhal-tung Verpflichteten

• Aufbau und Betrieb eines Monitorings für Wasserstand, Wassergüte und Wassermenge in den Bergbaufolgeseen, in den Zu- und Ableitungssystemen und im bergbaubeein-flussten Grundwasserbereich im erforder-lichen Umfang bis zum Nachweis stabiler Verhältnisse gemäß den Festlegungen in den Abschlussbetriebsplänen und den wasser-rechtlichen Zulassungen.

5.13.3 Planungsgrundsätze

Um die jährlich erforderlichen Leistungen und Kosten bezogen auf die einzelnen Bergbaufolg-eseen realistisch abschätzen zu können, müssen die Randbedingungen des Planungsansatzes klar

definiert werden. Die LMBV hat dabei folgende Aufwendungen als Leistungskategorien zugrun-de gelegt:• Unterhalten von Ufern und Böschungen,• Warten und Instandhalten von wasserwirt-

schaftlichen Anlagen,• Stabilisieren der Gewässergüte und• Monitoring von Wasserstand und Wassergüte.Typische Nachsorgeleistungen an Ufern und Böschungen sind Instandsetzungsarbeiten von Abbrüchen und Rutschungen oder Begrünung und Aufforstung zur Verminderung von Erosion. Wasserwirtschaftliche Anlagen wie Pumpstatio-nen, Rohrleitungen, Ein- und Auslaufbauwerke oder Wehranlagen müssen regelmäßig kontrol-liert, gewartet und gegebenenfalls ertüchtigt wer-den.

Die Stabilisierung der Gewässergüte als eine Kernaufgabe beider Nachsorgephasen umfasst eine Wasserbehandlung am Einlauf oder Auslauf von Bergbaufolgeseen, ein- oder mehrmalige In-Lake-Behandlung für das Seewasser oder auch die Reduzierung von Säurefrachten und Sulfat aus dem umliegenden Gebirge, insbesondere aus den Kippenbereichen.

Tab. 5.24 Definition der Phasen der bergbaubedingten wasserwirtschaftlichen Nachsorge1. Nachsorgephase (dynamische Nachsorgephase)Beginn Mit Erreichen des unteren Zielwasserstandes im BergbaufolgeseeEnde Mit dem erstmaligen Erreichen eines stabilen Zielwasserstandes im BergbaufolgeseeZiele Herstellung eines in der Menge ausgeglichenen und sich weitgehend selbst regulierenden

WasserhaushaltsErreichen des geplanten MindestabflussesWirksamkeit des Bewuchses als BöschungssicherungErreichen des annähernd vorbergbaulichen Grundwasserstandes

Dauer Seespezifisch 5 bis 15 Jahre, im Mittel ca. 11 JahreErgebnis Die Voraussetzungen für die geplante Folgenutzung sind weitgehend gegeben

Die Übertragung der weiteren Nachsorgepflichten an einen Rechtsnachfolger ist möglich2. Nachsorgephase (stationäre Nachsorgephase)Beginn Stabiler Zielwasserstand im Bergbaufolgesee ist erreichtEnde Gewässergüte im Bergbaufolgesee hat sich stabilisiertZiele Aufrechterhaltung des in der Menge ausgeglichenen und sich weitgehend selbst regulierenden

WasserhaltshaltsHerstellung eines an Sollzielen orientierten quasistationären Beschaffenheitszustands und Nachweis, dass dieser mit einem verhältnismäßigen Aufwand aufrecht erhalten werden kannBeschaffenheitssteuerung ist optimiertGefahren für Schutzgüter bestehen nicht mehr oder sind unter Kontrolle

Dauer Seespezifisch unterschiedlich, im Mittel 5 bis 25 JahreErgebnis Die Voraussetzungen für die geplante Folgenutzung sind umfassend und nachhaltig gegeben

F.-C. Benthaus et al.

Page 111: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

375

Das bergbaubedingte Monitoring von Was-serstand und Wassergüte im Gewässer und im unmittelbar angrenzenden Gebirge dient dem Nachweis der Stabilität des Zielwasserstandes, der Entwicklung und der Kontrolle der Nachhal-tigkeit der Gewässergüte sowie der Beobachtung der aus dem See in das Grundwasser austreten-den Wassermengen und Stofffrachten. Das Mo-nitoring dient auch der Gewässerüberwachung nach EG-WRRL.

Die genannten Leistungskategorien sind von folgenden Faktoren abhängig: der Größe des Bergbaufolgesees mit den Kenngrößen Seeflä-che, Volumen und Uferlänge, der Art der Nut-zung des Bergbaufolgesees, der Art der Ufer-böschung (Kippe/Gewachsenes), der Art der Ufersicherung (Wellenausgleichsneigung, tech-nischer/biologischer Verbau, keine Ufersiche-rung), der Höhe der Uferböschung, der Lage der Böschung zur Hauptwindrichtung, der Anzahl sowie der Art und Größe der Wasserbauwerke, der Notwendigkeit einer Gewässergütebeeinflus-sung durch Zuführung von Stützungswasser, der Notwendigkeit der Gewässergütebeeinflussung durch In-Lake-Behandlung bzw. Behandlung von Einlaufwasser oder Auslaufwasser, der An-forderungen an das Monitoring des Seewassers und den Anforderungen an die Prognosefähigkeit der Gewässergüteentwicklung.

Durch die LMBV erfolgte eine Kostenab-schätzung zur bergbaubedingten wasserwirt-schaftlichen Nachsorge für die vier Leistungska-tegorien in Anhängigkeit von den genannten Fak-toren. Insgesamt wurden 50 Bergbaufolgeseen in der Lausitz und in Mitteldeutschland mit einer Gesamtseefläche von ca. 26.000 ha betrachtet. Die durchschnittliche Seegröße lag bei 512 ha, das kleinste Objekt (Kortitzmühler See) hat eine Seegröße von 28 ha, das größte (Geiseltalsee) von 1.890 ha. Als Bezugsgröße wurde €/ha ·a ge-wählt.

Da sich die Aufwendungen für die bergbaube-dingte wasserwirtschaftliche Nachsorge mit der Zeit verringern werden, wurden die Leistungs-kategorien über den Planungszeitraum jeweils reduktiv prozentual gestaffelt (von 100 bis 0 %).

Zu Beginn der Planungen wurde für jeden Bergbaufolgesee ein „Datenblatt wasserwirt-

schaftliche Nachsorge“ mit folgenden Inhalten erarbeitet:• Allgemeine Angaben zum See• Angaben zu aktuellen und geplanten Nutzun-

gen• Bewirtschaftungsziele• Geografische Lage• Charakterisierung des ober- und unterirdi-

schen Einzugsgebiets• Topografische und morphometrische Anga-

ben• Klima• Zuleiter und Ableiter• Schutzgebiete• Sanierungs- und Nutzungsgeschichte• Wasserstandsentwicklung im Bergbaufolg-

esee• Entwicklung des Grundwasserstands• Grundwasserbeschaffenheit im Zu- und

Abstrom• Stand der hydrogeologischen Modellierung• Maßnahmen zur Stabilisierung der Gewässer-

güte• Ufer und Böschungen• Zuleiter, Ableiter, Bauwerke und Flächen der

Grundausstattung• Überwachungsmaßnahmen Grund- und Ober-

flächenwasser• Bewertung des Kenntnis- und Planungsstan-

des, Quellenverzeichnis.

5.13.4 Beispiel Bärwalder See

Der Bärwalder See liegt im Flusseinzugsbereich der Spree im Lausitzer Heide- und Teichgebiet. Die bergmännischen Sanierungsarbeiten wurden im Jahr 2006 abgeschlossen. Die Flutung des Sees erfolgt über Zuleiter aus Spree, Dürrbacher Fließ und Schulenburgkanal. Sie begann im Jahr 1997, der untere Zielwasserstand wurde Ende des Jahres 2007 erreicht. Weitere Daten zum Bärwal-der See sind der Abbildung 5.88 zu entnehmen.

Der Bärwalder See soll als Wasserspeicher (Hochwasserschutz) und zu Erholungszwecken (Badestrand, Segeln) genutzt werden. Am über-wiegenden Teil der Böschungen erfolgte die Her-stellung von berechneten Windwellenausgleichs-

5 Wasserwirtschaftliche Sanierung

Page 112: Braunkohlesanierung || Wasserwirtschaftliche Sanierung

376

neigungen (LMBV 2001). Diese Böschungen wurden mit Neigungen von 1:10 bis 1:20 her-gestellt. Die Böschungsabschnitte VII und IX (Abb. 5.88) mit Neigungen von 1:4 bzw. 1:6 wurden mit einem offenen Steinverbau gesichert. An wasserbautechnischen Anlagen sind insbe-sondere die Zulaufanlage von der Spree sowie der Ableiter zum Schwarzen Schöps zu berück-sichtigen.

Durch die Flutung aus den Vorflutern Spree, Schulenburgkanal, Dürrbacher Fließ und Schwar-zer Schöps wird der Bärwalder See bei Erreichen des Zielwasserstandes und damit dem Beginn der Ausleitung aus dem See nur noch eine schwach saure Wasserbeschaffenheit aufweisen (pH ≈ 4). Alle weiteren Ausleitkriterien, wie Feges, SO4, Sn, Cu, NH4-N, werden zu diesem Zeitpunkt be-reits gewährleistet. Zur Überwindung der Rest-acidität wird eine befristete Konditionierung des See- oder Ablaufwassers mit Weißkalkhydrat im Rahmen der Nachsorge vorgesehen. Der Zeit-

raum der Restentsäuerung wird ca. 3 Jahre be-tragen.

Entsprechend der Definition in Tabelle. 5.24 wird die 1. Nachsorgephase für den Bärwalder See zwei Jahre und die 2. Nachsorgephase ca. 3 bis 5 Jahre dauern.

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5 Wasserwirtschaftliche Sanierung