Flurabstandsprognose nach Grundwasserwiederanstieg: Berechnung von Bodenbewegungen im Rheinischen Braunkohlenrevier

Anke Boockmeyer1, Christoph Weidner, Dr.1
1 Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz NRW

P 6.1 in High groundwater - processes, risks, planning aids

Die für die Trockenhaltung der Tagebaue des Rheinischen Braunkohlenreviers notwendigen Entwässerungsmaßnahmen führen unter anderem zu einer großräumigen Grundwasserabsenkung. Die Absenkungen sind mit mehreren hundert Metern im Bereich der Tagebaue maximal und nehmen mit zunehmender Entfernung von ihnen ab. Von der Absenkung sind mehrere Grundwasserstockwerke betroffen. In tieferen Stockwerken findet teilweise nur eine Entspannung des Druckspiegels statt, während oberflächennahe Stockwerke zum Teil trocken fallen. Dadurch wird den geologischen Schichten das Wasser entzogen und der Auftrieb entfällt. Als Folge der Entwässerung treten Geländesetzungen auf, die derzeit im direkten Tagebauumfeld maximal 4,5 Metern betragen und wie die Grundwasserabsenkung mit zunehmender Entfernung vom Tagebau abnehmen (Abb. 1). Neben dem Ausmaß der Grundwasserabsenkung sind die Geländesetzungen abhängig vom geologischen Aufbau des Untergrunds und der Zusammensetzung der geologischen Schichten. Während der Porenwasserdruck in nicht-bindigen Schichten aufgrund der hohen kf-Werte unmittelbar nach der Entwässerung abnimmt, baut sich in bindigen Schichten ein Porenwasserüberduck auf. Dieser baut sich zeitlich verzögert in Abhängigkeit des kf-Werts und der Schichtdicke ab, sodass die Konsolidierungszeit in den bindigen Schichten vergleichsweise größer und die daraus resultierende Setzung langsamer ist. In mächtigen bindigen Schichten kann die Konsolidierung auch nach Ende der Entwässerungsmaßnahmen noch andauern.

Mit dem Ende des Braunkohleabbaus steigt das Grundwasser etwa ab der Mitte dieses Jahrhunderts auch weiträumig wieder an. Dies führt in den von Geländesetzungen betroffenen Gebieten zu Geländehebungen. Bislang ist jedoch noch unzureichend bekannt, welche Geländehöhen und Abstände zur Grundwasseroberfläche (Flurabstände) sich einstellen und ob in Gebieten mit ehemals geringem Flurabstand und gleichzeitig größeren Bodenbewegungen Geländevernässungen auftreten werden.

Das Ziel dieser Studie ist daher die Prognose von Bodenbewegungen sowie der zukünftigen Geländehöhen. Die Untersuchungen werden beim LANUV NRW und Auftragnehmern durchgeführt. Die punkthafte Prognose erfolgt auf Grundlage eines bodenmechanischen Modells, das die Konsolidationsvorgänge unter Berücksichtigung des geologischen Schichtprofils und der Grundwasserganglinien aller von Entwässerung betroffenen Stockwerke berechnet (Ziegler, 2016). Durch Interpolation der Ergebnisse soll anschließend eine flächenhafte Geländeoberkante prognostiziert werden. Diese wird bei der Grundwassermodellierung zur Ermittlung von Flurabständen und daraus resultierenden potenziellen Vernässungsgebieten eingesetzt (Weidner et al., 2017).

Geländesetzung im Rheinischen Revier von 1977 bis 2013 (Datengrundlage: Geobasis NRW)
Geländesetzung im Rheinischen Revier von 1977 bis 2013 (Datengrundlage: Geobasis NRW)



WEIDNER, C., BOOCKMEYER, A., HÜSENER, D., LEVACHER, D. (2017): Grundwassermodellierung für die Prognose von Flurabständen im Rheinischen Braunkohlenrevier – Kurzfassung für die Tagung der FH-DGGV 2018 in Bochum

ZIEGLER, M. (2016): Modellierung und Prognose der aus Grundwasserabsenkung und Grundwasserwiederanstieg resultierenden Bewegungen der Geländeoberkante. – World of Mining – Surface & Underground 68(2): 80-89