Langfristprognose der Wasserbeschaffenheit in einer Trinkwasserfassung im Lausitzer Braunkohlenrevier

Wilfried Uhlmann1, Thomas Claus1, Kai Zimmermann1, Lars Schumacher2
1 Institut für Wasser und Boden Dr. Uhlmann
2 Lausitz Energie Bergbau AG

12.3 in Reactive transport modelling

28.03.2020, 09:30-09:45, Telemann-Saal

Auf der FH-DGGV Tagung 2018 wurde von den Autoren ein Werkzeug zur groß­räumigen dreidimensionalen numerischen Modellierung des reaktiven Stoff­transports im Grundwasser präsentiert, das mit allen geohydraulischen Modellen auf der Basis von Orthogonalnetzen gekoppelt werden kann. Im Folgenden soll eine Anwendung dieses Modell­werkzeuges anhand eines praktischen Beispiels vorgestellt werden.

Im Lausitzer Braunkohlenrevier bestehen auf engem Raum konkurrierende Nutzungs­ansprüche an das Grundwasser, z. B. die Sümpfung für den Tagebau­betrieb und die Trinkwasser­gewinnung. Durch den Braunkohlenbergbau sind sowohl der mengenmäßige als auch der chemische Zustand des Grundwassers großräumig schlecht. Der Betrieb einer Trink­wasser­fassung ist langfristig auf eine geeignete Grundwasser­beschaffenheit angewiesen. Nach Einstellung der Tagebausümpfung wird sich der mengen­mäßige Zustand des Grundwassers mittel­fristig wieder verbessern. Die Grund­wasser­beschaffen­heit im Umfeld der Tage­baue und in den Einzugsgebieten benachbarter Trinkwasser­fassungen bleibt voraussichtlich noch langfristig vom Braunkohlenbergbau beeinflusst.

Im konkreten Fall war die Beeinflussung der Wasserbeschaffenheit in einer ca. 7 Kilometer abstromig gelegenen Trinkwasserfassung durch die Außen­halden des Tagebaus Nochten zu prog­nostizieren. Dazu wurde mit dem o. g. Modellwerkzeug ein 3D-Stofftransport­modell für ein ca. 100 km² großes Untersuchungs­gebiet mit sieben Modellgrundwasser­leitern aufgebaut. Die Modellgeometrie und die instationäre Wasserbilanz wurden aus dem geohydraulischen Modell der LEAG übernommen. Die Prognose erfolgte für den Kennwert Sulfat, da dieser als konser­vativer Leitkennwert für die Grundwasserbeeinflussung durch den Braun­kohlen­bergbau steht. Die bereits bestehende bergbauliche Beeinflus­sung in Folge der Grundwasserabsenkung und des Stoffaustrags aus den Außen­halden äußert sich in einer räumlich differenzierten Verteilung von Sulfat im Grundwasser. Für die Anfangsbelegung des Modells mussten daher robuste Annahmen getroffen werden. In Anbetracht der langen Zeitskala des Stofftransports wurde der Stoffaus­trag aus den Außenhalden durch ein separates numerisches Verwitterungs- und Stoff­austragsmodell abgebildet. Die Stofftransport­modellierung erfolgte für einen Zeitraum von 500 Jahren.

Die Modellergebnisse zeigen, dass ca. 50 Jahre nach Prognosebeginn und ca. 30 Jahre nach Abschluss der Kohlenförderung mit einem Anstieg der Sulfat­konzentration in der Wasserfassung zu rechnen ist. Aber erst nach ca. 250 Jahren, d. h. zu einem Zeitpunkt, zu dem man sich voraussichtlich nicht mehr an den Tagebau erinnern wird, erreicht die Sulfatkonzentration das Maximum und geht danach langsam zurück. Der Grenzwert der Trinkwasser­verordnung für Sulfat von 250 mg/L wird jedoch zu keinem Zeitpunkt über­schritten. Mit der Stoff­transport­modellierung konnte nachgewiesen werden, dass die Nutzung der Trink­wasser­fassung am gegenwärtigen Standort langfristig gesichert ist.



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