Grundwasser-Management mit tiefreichenden Dichtwänden

Thomas Reimann1, Rudolf Liedl1, Peter-Wolfgang Gräber1, Jinxing Guo1, Stefan Fisch2
1 TU Dresden, Institut für Grundwasserwirtschaft, TU Dresden
2 Lausitz Energie Bergbau AG (LEAG)

O 14.4 in Quality and evaluation of groundwater models

22.03.2018, 16:30-16:45, 2

Der Betrieb von aktiven Tagebauen erfordert Eingriffe in den Grundwasserhaushalt wie zum Beispiel die Absenkung des natürlichen Wasserspiegels. Um den Einfluss dieser Eingriffe möglichst gering zu halten und damit den Tagebau effizient und soweit möglich naturverträglich zu gestalten, werden im Lausitzer Braunkohle-Revier unterirdische Dichtwände errichtet. Diese Dichtwände basieren auf der Schlitzwandtechnologie. Dazu wird mittels spezieller Tiefbautechnik ein Schlitz gefräst, der anschließend mit einer Tonsuspension gefüllt wird. Diese Tonsuspension dringt in das umgebende Lockergestein ein und führt aufgrund von Kolmation dazu, dass sich ein sogenannter Filterkuchen bildet. Die hydraulische Leitfähigkeit dieses, mehrere Zentimeter mächtigen Filterkuchens liegt im Bereich von circa 1 × 10-11 ms-1, wodurch sich die resultierende horizontale hydraulische Leitfähigkeit im Bereich der Dichtwand sehr wirkungsvoll reduziert. In der Folge wird der Zustrom von Grundwasser in den aktiven Tagebau abgesperrt. Die Dichtwand-Technologie wurde in den letzten Jahren beständig weiterentwickelt und ausgebaut, so dass aktuell Dichtwände bis in eine Tiefe von > 100 m unter GOK und einer Länge von mehreren Kilometern existieren (VEM 2014).

Aus hydraulischer Sicht stellen die Dichtwände Diskontinuitäten dar, aus denen sich anspruchsvolle Fragestellungen ergeben. Über räumlich sehr kleine Distanzen variiert die effektive hydraulische Leitfähigkeit zwischen Dichtwand und umgebendem Lockergestein um mehrere Zehnerpotenzen. Zudem sind sehr starke hydraulische Gradienten von > 60 m Druckhöhendifferenz pro m zu verzeichnen. Aus diesen Gründen sind existierende analytische Gleichungen, welche auf den Dupuit-Annahmen für horizontal-ebene Grundwasserströmung basieren, nicht geeignet, die dreidimensionale Hydraulik im Umfeld dieser Dichtwände zu beschreiben.

Der Beitrag gibt einen Überblick zum aktuellen Stand der Dichtwandtechnologie im Lausitzer Revier und zeigt, mit welchen numerischen Methoden die Hydraulik im Umfeld einer Dichtwand berechnet werden kann. Dazu wurde eine existierende, auf dem Finite-Volumen-Modell MODFLOW basierende Software zur numerischen Simulation der Grundwasserströmung modifiziert und mit analytischen Lösungen sowie Vergleichsrechnungen evaluiert. Mit Hilfe der numerischen Modelle kann die Hydraulik im Umfeld der Dichtwände für verschiedene Fragestellungen untersucht werden, z. B. resultierende Geschwindigkeiten bei Um- und Unterströmung der Dichtwand. Es wird deutlich, dass nur 3-D numerische Modelle in der Lage sind, diese spezielle hydraulische Situation korrekt wiederzugeben.



Vattenfall Europe Mining (2014): Wasserbalance – Dichtwandtechnik im Lausitzer Braunkohlenbergbau. 16 Seiten, Cottbus 2014.



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