Der Vorfluter Lange Welle bei Helmstedt im Einfluss veränderlicher bergbaulicher Randbedingungen - Felduntersuchungen und Abbildung im Grundwasserströmungsmodell

Heike Büttcher1, Holger Mansel1, Christiane Uhlig2, Peter Jolas3
1 Ingenieurbüro für Grundwasser GmbH
2 Lausitzer und Mitteldeutsche Bergbauverwaltungsgesellschaft mbH
3 MIBRAG mbH

3.15 in Grundwasser-Oberflächenwasser-Interaktionen - vom Flussabschnitt zum Einzugsgebiet

Für die Prognose und langfristige Planung wasserwirtschaftlicher Belange im Umfeld der ehemaligen Braunkohlentagebaue Helmstedt und Wulfersdorf wurde ein Grundwasserströmungsmodell aufgebaut. Das Modellgebiet mit einer Größe von ca. 200 km² befindet sich in den Fließgewässereinzugsgebieten der Aller und Bode. Für die Berechnung findet das Programmsystem PCGEOFIM® Verwendung, das auf der Methodik der finiten Volumen basiert. Es handelt sich um ein etabliertes Pro­gramm­­system für die Berechnung der Grundwasser­strömung in Braunkohlenbergbaugebieten. Oberflächengewässer wie Tagebauseen und Vorfluter werden als gekoppelte Randbedingungen im Modell berücksichtigt.

Der vorliegende Beitrag betrachtet das Fließgewässersystem der Langen Welle, welche mit einer Länge von ca. 10 km die Hauptvorflut im nördlichen Modellgebiet darstellt. Die Zielstellung besteht in der detaillierten Abbildung der Grundwasserstände in der Umgebung des Fließgewässers und seiner Zuflüsse, der Berechnung von Durchflüssen und Wasserständen in Fließgewässer, der Ableitung von Ex- und Infiltrationsbereichen sowie der Ausweisung von Grundwasserflurabständen mit Hilfe des Grundwasserströmungsmodells vor dem Hintergrund sich prognostisch verändernder bergbaulicher Randbedingungen (Restseeflutung) und des Grundwasserwiederanstiegs.

Für die Modellparametrisierung wurde eine Fließgewässererkundung durchgeführt. Es erfolgten u.a. eine geodätische Vermessung an definierten Querprofilen, Durchflussmessungen für verschiedene hydrologische Situationen, Infiltrometertests zur Bestimmung der Kolmation, die Errichtung von Rammpegeln im Uferbereich sowie Pumpversuche zur Bestimmung der hydraulischen Leitfähigkeit im umgebenden Aquifer.

Das Grundwasserströmungsmodell weist im Bereich des Vorflutsystems der Langen Welle eine Rasterweite von 125 m auf. Für die Fließgewässerankopplung erfolgte die rasterspezifische Vorgabe der Sohlhöhe, Fließgewässerbreite, Kolmationsparameter und Schlüsselkurven (Wasserstands-Durchfluss-Beziehung). Weiterhin wurde die Ankopplung an den hydraulisch angebundenen Aquifer (rolliger quartärer Grundwasserleiter bzw. bindige Deckschicht) vorgegeben.

Das Modellgebiet erstreckt sich bis zur Grenze des oberirdischen Einzugsgebiets der Langen Welle. Die Grundwasserneubildung wird modellgestützt ermittelt und raum-, zeit- und flurabstandsabhängig im Grundwasserströmungsmodell vorgegeben, so dass die gesamte Wasserbilanz des Vorfluters erfasst werden kann.

Das Modell ist ein geeignetes Hilfsmittel zur Abbildung und Quantifizierung der hydrodynamischen Prozesse speziell auch im Übergang Grundwasser – Oberflächengewässer. Damit stellt es eine wichtige Planungsgrundlage für die Gestaltung der Bergbaufolgelandschaft dar.