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5. Fachkonferenz am 01.03.2011
Wasserwirtschaftliche Maßnahmen in der Bergbaufolgelandschaft
Umsetzung des Konzepts zur Wasserbeschaffenheit in den Bergbaufolgeseen der Lausitz
Dipl.-Ing. Eckhard Scholz
- Leiter Geotechnik -
Das Konzept zur Wasserbeschaffenheit der LMBV mbH ist Bestandteil des
LMBV-Flutungs,- Nachsorge- und Wasserbehandlungskonzeptes in der Lausitz (LMBV-FNWbK-Lausitz),
das eine ständige Fortschreibung und Anpassung an neue Erkenntnisse und
Rand-/Rahmenbedingungen erfährt.
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5. Fachkonferenz am 01.03.2011
Wasserwirtschaftliche Maßnahmen in der Bergbaufolgelandschaft
Gliederung
I Grundlagen und Herangehensweise
II Konzept zur Herstellung der Wasserbeschaffenheit
III Wasserbehandlungsmaßnahmen Schwerpunkte
Erweiterte Restlochkette Wasserspeichersystem Lohsa II
IV Ergebnisse
V Erste Erfahrungen mit der Nachsorge am Beispiel Burghammer
VI Ausblick
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5. Fachkonferenz am 01.03.2011
Wasserwirtschaftliche Maßnahmen in der Bergbaufolgelandschaft
Das Konzept basiert auf einem geologisch/hydrologischen Strukturmodell des Untersuchungs- gebietes.
Geologie der Lausitz
Geologische Übersichtskarte des Niederlausitzer Braunkohlenreviers (NOWEL)
Grundlagen Konzept Maßnahmen Ergebnisse Nachsorge Ausblick
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5. Fachkonferenz am 01.03.2011
Wasserwirtschaftliche Maßnahmen in der Bergbaufolgelandschaft
Erstellung geolog. und geochem. Modelle der Lausitz Modell-schicht1234567891011121314
Sges [S-%]
0.056
0.1320.3030.1320.3030.7800.2331.2640.9461.5480.9461.7930.088
Spyrit [S-% TS]
0.0240.0000.0840.1910.0840.1910.4400.0750.5430.3820.8760.3820.8240.046
Sorg [S-% TS]
0.0170.0000.0400.0910.0400.0910.2340.0700.3790.2840.4650.2840.5380.026
Bohrdaten Mächtigkeiten und Lithologie
Bohrdaten Geochemische Informationen
Stofftransportmodell Geologisches Modell
Grundlagen Konzept Maßnahmen Ergebnisse Nachsorge Ausblick
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5. Fachkonferenz am 01.03.2011
Wasserwirtschaftliche Maßnahmen in der Bergbaufolgelandschaft
Grundwasserbelastung durch SO4
SO4-S-Menge im Grundwasser in t
Grundlagen Konzept Maßnahmen Ergebnisse Nachsorge Ausblick
ú Belastung des Grundwassers flächenhaft
ú Minderung erst deutlich nach 2025
ú Beeinflussung der Wasserbeschaffenheit in der Lausitz über Jahrzehnte
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5. Fachkonferenz am 01.03.2011
Wasserwirtschaftliche Maßnahmen in der Bergbaufolgelandschaft
Grundwasserkörper der Lausitz – Basiselement des WH Den größten Wasserkörper im Betrachtungsgebiet bildet das Grundwasser. Mit einer Wassermenge von 63.000 Mio. m³ bis in 30 m uGOK und einem chemischen Inventar von ca. 25 Mio. t Sulfat (Kippen) ist es das langfristig bestimmende Element der Gewässerlandschaft in den Bergbaufolgegebieten der Niederlausitz.
Wasser im Untersuchungsgebiet
2,3 Mrd. m3
45 Mrd. m3
18 Mrd. m3
Grundwasser im Gewachsenen ≤ 30 m
Kippengrundwasser Seewasser
tiefer liegendes Grundwasser (hier mengenmäßig nicht erfasst)
Grundlagen Konzept Maßnahmen Ergebnisse Nachsorge Ausblick
Mit dem MHM im Bereich des großräumigen Grundwasserabsenkungstrichters der Lausitz werden im Zuständigkeitsgebiet der LMBV
3350 GW-Messstellen
200 OW-Messstellen
365 GW-Güte-Messstellen
betrieben. Bergrechtliche Sonderbetriebspläne bestimmen dieses montanhydrologische Monitoringsystem.
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5. Fachkonferenz am 01.03.2011
Wasserwirtschaftliche Maßnahmen in der Bergbaufolgelandschaft
Konzept zur Herstellung der Wasserbeschaffenheit Grundlagen Konzept Maßnahmen Ergebnisse Nachsorge Ausblick
(1) Nutzung von verfügbaren Ressourcen à Fremdflutung (FZL)
(2) In-Lake-Verfahren
bereits erprobt:
ú kleine Sanierungsschiffe
in der Entwicklung zur Erhöhung des Wirkungsgrades befindlich:
ú Sanierungsschiff der LMBV
ú kleine Sanierungsschiffe mit neuer Eintragstechnologie
ú landgestützte Verfahren
(3) Ortsgebundene Konditionierungsanlagen (z. B. GWRA Rainitza, Tunnel Überlauf Lohsa II – Burghammer)
(4) Ergänzende Verfahren (Sulfatabreinigung) sowie Optimierungsansätze
à Tests in Pilot- und Demo-Projekten
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5. Fachkonferenz am 01.03.2011
Wasserwirtschaftliche Maßnahmen in der Bergbaufolgelandschaft
2,5 m³/s
2,0 m³/s
15 m³/s 20 m³/s 5 m³/s
Düker 2 m³/s
HHQ 41,3 m³/s (10.02.1987)
3 m³/s
1,0 m³/s
1,5 m³/s
2,5 m³/s
Zulauf in die ERLKZulauf / Überleitung in das SpeichersystemAblauf
Nachsorgeneutralisation 0,25 Mrd. molAlk/a
Primärneutralisation 1,82 Mrd. molAlk
Neutralisationsbedarf
ERLK Volumen 828 Mio. m³ Fläche 55 km²
pH 6-8 Fegel 1 mg/l SO4 800 mg/l NH4 1,5 mg/l
pH 6-8 Fegel 1 mg/l SO4 400 mg/l NH4 1,0 mg/l
Die größte Herausforderung bildet jedoch die Initial- und Nachsorgeneutralisation der ERLK mit der Notwendigkeit der Regelausleitung in die Rainitza und die Notausleitung über den Senftenberger See in die Schwarze Elster ab etwa 2016. Die Ausleitbarkeit aus der ERLK bedarf der Sicherung der wasserrechtlich bestimmten Ausleitparameter im Sedlitzer und Geierswalder See.
Erweiterte Restlochkette – Herstellung der Gewässer Grundlagen Konzept Maßnahmen Ergebnisse Nachsorge Ausblick
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5. Fachkonferenz am 01.03.2011
Wasserwirtschaftliche Maßnahmen in der Bergbaufolgelandschaft
Großes Schiff
2014/2015 Partwitzer See 2015/2016 Sedlitzer See, Geierswalder See, Ilsesee 2017 Neuwieser See, Blunoer-Südsee, Sabrodter See, Spreetaler See und Nachsorge ab 2017/2018 Nachsorge aller Seen der ERLK
Kleines Sanierungsschiff Anwendung im Bedarfsfall, insbesondere an Bergbaufolgeseen ohne Hafenanlage
GWRA Rainitza wird mit Wegfall des Bedarfs rückgebaut
Zeitplan für den Schiffseinsatz
Aufwand Primärneutralisation 100 ktKalksteinmehl und 12 ktKalkhydrat für 1,85 GmolAlk-Erzeugung Aufwand Nachsorgeneutralisation nach dem Erreichen des unteren Zielwasserspiegels 12 ktKalkhydrat/a oder 10 ktBranntkalk/a zur Erzeugung von 0,25 GmolAlk/a
Grundlagen Konzept Maßnahmen Ergebnisse Nachsorge Ausblick
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5. Fachkonferenz am 01.03.2011
Wasserwirtschaftliche Maßnahmen in der Bergbaufolgelandschaft
Vorteile § 80 % Nutz- und 20 % Leerfahrt § höherer Wirkungsgrad
(Mischreaktor an Bord, unter Wasser-Eintrag und –Einmischung)
§ geringe Stoffeintragungsdichte (5 Ma%) § alkalische Pufferung durch Eintrag des an Bord
erzeugten HCO3 in den Wasserkörper § Eigentechnologie der LMBV
Nachteile § 15 % Nutz- und 85 % Leerfahrt und Ladezeit § niedrigerer Wirkungsgrad
(Feststoffauftrag auf der Wasseroberfläche, Windverdrifftung), ineffizient im Flachwasser
§ hohe Stoffeintragsdichte (20 Ma%) § CO2-Eintrag erfordert getrennte Technologien (z. B.
mittels Gaseintragsrahmen) § Fremdtechnologie
Nachteile § noch keine Referenz – neue Technologie § Einsatz erst nach Bau und Erprobung § Befahrbarkeit der schiffbaren Verbindungen für
optimalen Einsatz notwendig § Hafenanlage im Regelbetrieb erforderlich
Vorteile § Referenz: Sanierung Burghammer § sofort einsetzbar § schiffb. Verbindungen nicht erforderlich § keine Hafenanlage erforderlich
Sanierungsschiffe – Vor- und Nachteile Grundlagen Konzept Maßnahmen Ergebnisse Nachsorge Ausblick
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5. Fachkonferenz am 01.03.2011
Wasserwirtschaftliche Maßnahmen in der Bergbaufolgelandschaft
Wasserspeichersystem Lohsa II
1
2
3
In-Lake-Behandlung
Zulaufbehandlung zum SB Burghammer aus dem SB Lohsa II
Spülungsflutung
Geotechnische Sicherung des SB Lohsa II
4
2009 2010 2011 2012 2013 2014 Zeit
3
1 2
4 Beginn des Regelbetriebs
IV. Verwaltungsabkommen
Tunnel
Spree
Kleine Spree
1
2 SB Burg- hammer SB Lohsa II
SB Dreiweibern
PS M
3
Grundlagen Konzept Maßnahmen Ergebnisse Nachsorge Ausblick
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5. Fachkonferenz am 01.03.2011
Wasserwirtschaftliche Maßnahmen in der Bergbaufolgelandschaft
Die Herstellung der Bergbaufolgeseen als künstliche Gewässer ist eine Kernaufgabe der LMBV. Die Herstellungsziele sind dabei im Ergebnis von wasserrechtlichen Plangenehmigungs- bzw. Planfeststellungsverfahren im Konsens mit den bergrechtlichen ABP festgeschrieben worden. Sie beziehen sich u.a. auf:
- die künftigen Seewasserstände und - die Ausleitbeschaffenheit des Überschusswassers, das der öffentlichen Vorflut zugeht.
Aktuelle Beispiele für die erfolgreiche Herstellung von Seen sind
Herstellung der Bergbaufolgeseen
Bärwalder See Gräbendorfer See Burghammer
Fremdflutung 174 Mio. m³
Fremdflutung 93 Mio. m³
Eigenaufgang In-Lake-
Behandlung 36 Mio. m³
aktuell ZielpH 5,5 bis 6,5 6 bis 8
Fegel 0,0 bis 0,2 ≤ 1,0SO4 180 bis 230 ---NH4 0,7 bis 1,1 ≤ 1,5
[mg/L]
aktuell ZielpH 6,3 bis 7,0 6 bis 8
Fegel 0,0 bis 0,1 ≤ 1,0SO4 400 bis 480 ---NH4 0,0 bis 0,2 ≤ 1,5
[mg/L]
aktuell ZielpH 6,4 bis 6,7 6 bis 8
Fegel 0,1 bis 0,5 ≤ 1,0SO4 890 bis 1200 ---NH4 0,3 bis 1,2 ≤ 1,5
[mg/L]
Grundlagen Konzept Maßnahmen Ergebnisse Nachsorge Ausblick
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5. Fachkonferenz am 01.03.2011
Wasserwirtschaftliche Maßnahmen in der Bergbaufolgelandschaft
Dringender Handlungsbedarf für die Herstellung der Ausleitbereitschaft besteht derzeit vor allem für die Bergbaufolgeseen in den Restlöchern Scheibe, F und 14/15.
Herstellung der Bergbaufolgeseen
In-Lake-Behandlung mit Calciumoxid (landgebundene Kalkmilchherstellung) und Freistrahlvermischung im Wasserkörper des herzu-stellenden Scheibesees
In-Lake-Behandlung mit einer Kalkverteilung auf der Seeoberfläche und einem CO2-Eintrag im Bereich der Restlochsohle des herzustellenden Sees
In-Lake- oder Auslauf-behandlung (Verfahren ist noch nicht fest-geschrieben)
Scheibesee Restloch Scheibe
Lichtenauer See Restloch F
Schlabendorfer See Restloch 14/15
GW-Flutung (Eigenaufgang)
110 Mio. m³
GW-Flutung (Eigenaufgang)
19,5 Mio. m³
GW-Flutung (Eigenaufgang)
32 Mio. m³
aktuell ZielpH 2,9 bis 3,1 6 bis 8
Fegel 25 bis 32 ≤ 1,0SO4 600 bis 750 ---NH4 1,1 bis 1,5 ≤ 1,5
[mg/L]
aktuell ZielpH 3,1 6 bis 8
Fegel 7 bis 12 ≤ 1,0SO4 1700 bis 1800 ---NH4 2,5 bis 2,8 ≤ 1,5
[mg/L]
aktuell ZielpH 2,6 bis 2,8 6 bis 8
Fegel 75 bis 140 ≤ 1,0SO4 1700 bis 1850 ---NH4 2,7 bis 3,7 ≤ 1,5
[mg/L]
Grundlagen Konzept Maßnahmen Ergebnisse Nachsorge Ausblick
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5. Fachkonferenz am 01.03.2011
Wasserwirtschaftliche Maßnahmen in der Bergbaufolgelandschaft
Ersterfahrungen mit bergbaubedingter Nachsorge
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5
6
7
8
9
10.3.2009 18.6.2009 26.9.2009 4.1.2010 14.4.2010 23.7.2010 31.10.2010 8.2.2011
pH-‐W
ert (–), Kon
zentratio
n (m
g/L)
pH-‐Wert Eisen gesamt Eisen, gelöst Ammonium (als N)
Ammoniumstickstoff ≤ 1,5mg/L
Fe ≥ 29 mg/L
11.010 t CaCO3
708 t Ca(OH)2
Ausle
itungsstopp
vom 16
.03. bis 01.04.2010
Messung im See Messung im Ausleiter
Eisen gelöst ≤ 1 mg/L
pH= 6,0...8,5
1.120 t Ca(OH)2 682 t Ca(OH)2
Eisbedeckung
363 t Ca(OH)2 483 t Ca(OH)2
Eisen gesamt ≤ 3 mg/L
427 t Ca(OH)2 447 t Ca(OH)2
Fremdflutung
Grundlagen Konzept Maßnahmen Ergebnisse Nachsorge Ausblick
Primärneutralisation Nachsorge
In-Lake-Behandlung am Beispiel des Bergbaufolgesees Burghammer
ú Zyklen der Wiederbehandlung verlängern sich mit Spülungswasser-eintrag
ú Bewirtschaftung des Speicherbeckens im Hinblick auf Menge und Beschaffenheit ist künftig zu realisieren
ú Neutralisations-mitteleintrag abhängig vom Säurezustrom über das Grundwasser
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5. Fachkonferenz am 01.03.2011
Wasserwirtschaftliche Maßnahmen in der Bergbaufolgelandschaft
Fazit und Ausblick Grundlagen Konzept Maßnahmen Ergebnisse Nachsorge Ausblick
1. Die Fremdwasserflutung hat sich bei der Herstellung der Bergbaufolgeseen in den Lausitzer Bergbaufolgelandschaften als alternativlos erwiesen.
2. Der Eigenaufgang von Grundwasser, wie das Beispiel im Tgb. RL Burghammer zeigt, führt zu hohen Aufwendungen bei der Initialneutralisation sowie zu hohen Sulfatkonzentrationen des Ausleitwassers.
3. Für die Primärneutralisation der Wasserkörper hat sich die In-Lake-Behandlung durchgesetzt. Die In-Lake-Behandlung sichert nicht nur wasserrechtlich festgesetzte Ausleitkennwerte der Bergbaufolgeseen sondern auch eine neutrale, eisenarme Wasserbeschaffenheit dieser künstlichen Gewässer und ihres Infiltrats in das abströmige Grundwasser.
4. Die notwendige Nachsorgeneutralisation wird durch mobile (schwimmende) Technologien realisiert.
5. Die am Abschluss der Fremdwasser- oder Eigenwasserflutung entstandene Sulfatkonzentration ist in den Bergbaufolgeseen mittelfristig nur durch Spülwässer aus den Fließgewässern soweit verdünnbar, dass die Ausleitung aus den Seen bezogen auf die Immissionspegel der Fließgewässer 1. Ordnung Spree und Schwarze Elster weitgehend restriktionsfrei möglich ist.
6. Die Ergebnisse der anstehenden Pilot- und Demovorhaben werden das Konzept zur Herstellung der Wasserbeschaffenheit in den Bergebaufolgessen ergänzen und weiter verbessern.
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5. Fachkonferenz am 01.03.2011
Wasserwirtschaftliche Maßnahmen in der Bergbaufolgelandschaft
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Glückauf!
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5. Fachkonferenz am 01.03.2011
Wasserwirtschaftliche Maßnahmen in der Bergbaufolgelandschaft
Flutungszentrale Lausitz
Steuerung des oberirdischen Gewässersystems basierend auf den Vorgaben der Wasserbehörden (länderübergreifend)
Steuerung erfolgt bezüglich - Wassermenge und - Wasserbeschaffen-heit (insb. Sulfat)
Netzstruktur oberirdischer Gewässer Grundlagen Konzept Maßnahmen Ergebnisse Nachsorge Ausblick