Olaf Alisch | Verband Bergbau, Geologie und Umwelt
Nils Hoth | TU Bergakademie Freiberg
Elke Mugova | Forum Bergbau und Wasser
Bastian Reker | Technische Hochschule Georg Agricola
Christine Stevens | Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
Stefan Wohnlich | Ruhr Universität Bochum
Christian Wolkersdorfer | Tshwane University of Technology
Untersuchungen in gefluteten untertägigen Bergwerken können schwierig, teuer und vor allem zeitaufwendig sein. Oft sind dabei Messungen aufgrund der mangelnden Zugänglichkeit gar nicht möglich. Allerdings sind Untersuchungen vor Ort für ein genaueres Verständnis und vor allem für die Vorhersage zukünftiger Flutungsszenarien unerlässlich. In Fällen, in denen es keine Möglichkeit gibt, Versuche in tatsächlichen Bergwerken durchzuführen, sind sowohl numerische als auch analoge Modellierungen eine anwendbar.
Eine Alternative zur Feldarbeit ist der Einsatz eines Analogmodells wie das Agricola-Modellbergwerk (AMM). Dabei handelt es sich um das weltweit einzigartige 4 × 6 m große Analogmodell eines gefluteten Bergwerks mit vier Schächten, die auf vier Sohlen miteinander verbunden sind. Anhand von drei verschiedenen Experimenten zu Dichteschichtung, dem First Flush und dem Verhalten von fluoreszierenden Tracern in gefluteten Grubenwasserkörpern konnten ein breites Spektrum an möglichen Grubenwasseranwendungen demonstriert werden. Einerseits war es möglich, numerische Modelle zu validieren, andererseits konnten Feldexperimente mit dem AMM wiederholt werden.
Mit dem AMM konnte gezeigt werden, dass verschiedene Szenarien nachgebildet werden können, wobei die Versuchsdauer von Monaten bis Jahren im Feld auf wenige Wochen im Labor reduziert werden kann. Die Kombination von analoger und numerischer Modellierung ist von besonderem Interesse, da Schwachstellen sowohl im analogen als auch im numerischen Modell identifiziert werden können. Aufgrund der geringen Größe des Modells und der bekannten Randbedingungen sind die Kosten viel geringer als bei Feldversuchen. Darüber hinaus sind die Randbedingungen genau bekannt und können entsprechend angepasst werden. Lediglich die Wechselwirkung zwischen den Schächten und dem umgebenden Gestein lässt sich bisher nicht nachbilden.
Verschiedene Experimente, die in einem realen Bergwerk aus unterschiedlichen Gründen nicht durchführbar sind, können mit dem AMM realisiert werden. Durch die Verwendung von horizontalen Barrieren und unterschiedlichen Flutungsniveaus kann das analoge Modell an reale Bedingungen angepasst werden, was viele Ansatzpunkte für zukünftige Untersuchungen bietet. Insbesondere die Kombination von analoger und numerischer Modellierung ist vielversprechend für das Verständnis von realen Szenarien.
Die Kupferschiefer Lausitz GmbH plant die Errichtung eines Bergwerkes inkl. Erzaufbereitung im Raum Spremberg. Im Zuge des laufenden Raumordnungsverfahrens, für das bis Jahresende ein behördlicher Bescheid erwartet wird, wurden die Möglichkeiten einer gewässerverträglichen Ableitung des Grubenwassers sowie der Verbringung der anfallenden Mineralstoffe untersucht. Grundlage war eine Prognose der Menge und Beschaffenheit des bei Errichtung und Betrieb des Bergwerkes anfallenden Grubenwassers. Anschließend wurden mögliche Verbringungsorte eruiert, zu denen in der Nähe befindliche Fließgewässer und zu flutende Tagebaurestlöcher zählen. Die Studie orientierte sich methodisch und strukturell an der Mustergliederung für Fachbeiträge nach EG-Wasserrahmenrichtlinie. Ausgehend von der Vorhabensbeschreibung wurden die für den Wasserpfad relevanten Wirkfaktoren für drei Hauptbereiche identifiziert und die voraussichtlich anfallenden Abwasserteilströme charakterisiert. Die vom Vorhaben betroffenen Oberflächen- und Grundwasserkörper (GWK) wurden identifiziert und bezüglich ihres IST-Zustandes und der festgelegten Maßnahmen zur Zielerreichung beschrieben.
Die Wirkbereiche mit den empfindlichsten Auswirkungen auf Gewässer sind die Mineralstoffverwahrung und das Betriebswassermanagement. Als primär bewertungsrelevante Beschaffenheitskenngrößen wurden die löslichen Salze Chlorid und Sulfat, die Wassertemperatur und mehrere eluierbare Elemente (Metalle und Halbmetalle) identifiziert. Die Einleitung von salzbelastetem Betriebswasser würde erhebliche Auswirkungen für die zum Teil bergbaubedingt bereits mit Sulfat vorbelasteten Fließgewässer bedeuten. Auch kombinierte Einleitungen in mehrere Gewässer wurden geprüft. Es zeigte sich, dass spätestens nach der Hälfte der anvisierten Betriebszeit eine technische Lösung zur Entsalzung des hochsalinaren Sümpfungswassers unumgänglich wird. In Betracht kommt das ZLD-Prinzip (zero liquid discharge) mit wirtschaftlicher Verwertung der anfallenden Salze. Diese Technologie könnte autark und genehmigungsrechtlich nahezu risikofrei etabliert werden.
Auch die Auswirkungen der Verbringung der Mineralstoffe durch Aufhaldung, Verbringung ins Tiefenwasser eines Bergbaufolgesees, oder durch Verspülung in Restlöchern wurden geprüft. Was die Zielerreichung der betroffenen Grundwasserkörper betrifft, wird keine der im aktuellen Bewirtschaftungsplan geplanten Maßnahmen in ihrer Durchführung oder Wirksamkeit durch das Vorhaben beeinträchtigt. Aufgrund der geringen flächenhaften Ausdehnung ist eine erhebliche Gefährdung der Geschütztheit der GWK insgesamt nicht zu besorgen.
Der Nachbergbau im Ruhrrevier sieht einen Anstieg des Grubenwassers in der Fläche auf ca. -600 m NHN vor. Zur Erfassung möglicher Auswirkungen des Grubenwasseranstiegs soll zum einen das hydrogeologische System (i. W. bestehend aus Grubengebäude, Oberkarbon, Cenoman/Turon und restlichem Deckgebirge) und die Umsetzung des Grubenwasserkonzeptes überwacht und bewertet werden. Ausgewählten Lotungsstandorten, in denen der Grubenwasseranstieg überwacht wird, sind im Rahmen des Monitorings Aufgaben und Funktionen, Prüf- und Warnwerte zugewiesen.
Seit 1993 wurde das Messnetz der Lotungsstellen um Grundwassermessstellen im Deckgebirge erweitert. Ziel dieses Messnetzes ist es, die hydrogeologischen Systemzusammenhänge besser zu verstehen, ein Baseline-Monitoring zu ermöglichen und potenzielle Auswirkungen des Grubenwasseranstiegs auf das Deckgebirge zu erfassen.
Auf Basis historischer Recherchen, der bisher vorliegenden hydraulischen und hydrochemischen Daten der Wasserhaltung, des Lotungsprogramms der RAG, den Berichten zum Projekt „Tiefe Pegel“ und des wissenschaftlichen Forschungsstands wurden Hypothesen zum hydrogeologischen System vor, während und nach dem Steinkohlenbergbau entwickelt. Mit Erstellung weiterer tiefer Grundwassermessstellen im Westen des Ruhrreviers, in einer hydraulisch höher durchlässigen Zone im Osten und außerhalb der Bergbauzone, sollen diese Hypothesen und die hydrogeologische Modellvorstellung präzisiert werden. Insbesondere der Grundwasserleiter der Oberkreide (Cenoman und Turon) steht im Fokus, weil dessen Grundwasserleitereigenschaften eine zentrale Rolle im hydrogeologischen Gesamtsystem zukommt. Zwei neue Grundwassermessstellen sollen außerhalb der Bergbauzone im Oberkarbon und C/T errichtet werden, um die Reichweite der bergbaubedingten Absenkung des Grundwassers nach Norden und die Stellung des C/T im Münsterländer Becken näher zu erkunden.
Eine bisher vorgesehene Erweiterung des Messnetzes im C/T um drei Grundwassermessstellen ist zunächst zurückgestellt. Neben der Erfassung der Grundwasserstände wird empfohlen, konservative Umwelttracer so weiterzuentwickeln und ins Monitoring aufzunehmen, dass unterschiedliche Grundwässer an den Grundwassermessstellen sicher unterschieden werden können.
Um bestehende sowie aus den Untersuchungen abgeleitete Hypothesen verifizieren zu können (Prognose), wäre ein numerisches Grundwassermodell des Münsterländer Kreidebeckens der nächste Schritt.
Bei der Wasserhaushaltssanierung der LMBV fallen sowohl in Wasseraufbereitungsanlagen sowie durch diffuse Grundwasserzutritte zu Fließgewässern umfangreiche Mengen Eisenhydroxid-Schlämme (EHS) an. Es gilt, diese soweit wie möglich einem Verwertungsweg zuzuführen.
Der Versuch wurde an den Lausitzer Kippenböden, welche im Rahmen der Rekultivierung und einer Verbesserung bezüglich einer Nachnutzung zu land- und forstwirtschaftlichen Zwecken bedürfen, durchgeführt.
Es wurde ein 2,5 ha großes Versuchsfeld für Grünland und Gehölze angelegt. Auf Teilfeldern wurden in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen Eisenhydroxidschlamm und ein organischer Bodenergänzungsstoff in die Vegetationsschicht des Bodens eingearbeitet. Jeweils ein unbehandeltes Teilfeld diente als Referenzfläche. Im Bereich Grünland wurde eine Gras-Kräuter-Mischung ausgesät. Im Bereich Gehölzanpflanzung kamen Kiefern, Eichen und Birken für den Test zum Einsatz. Im gesamten Versuchszeitraum wurden weder Dünger appliziert noch bewässert.
Für den Versuch wurden ausschließlich bodenschutzrechtlich und ökotoxikologisch unbedenkliche EHS verwendet.
Eisenoxidverbindungen sind in vielen Böden an der Entwicklung fruchtbarkeitsbestimmender Eigenschaften beteiligt. Durch den EHS wurden v.a. die Elemente Eisen, Mangan und Calcium dem Boden appliziert.
Die wichtigsten Erkenntnisse sind die Eignung des EHS zur Bodenverbesserung, sowohl physikalisch durch die bessere Speicherung von Niederschlagswasser als auch biochemisch durch die Speicherung und Verfügbarmachung von Nährstoffen für die Vegetation. Mit dem durchgeführten Monitoring konnte die Verbesserung der Bodenstruktur und der Fruchtbarkeit der Böden nachweislich belegt werden.
Die Bodenverbesserung mit Eisenhydroxidschlamm zeigt innerhalb der drei bisher durchgeführten Vegetationsperioden im Vergleich zu den unbehandelten Böden sowohl für die Gras-Kräuter-Mischung als auch für die Gehölzpflanzung deutlich bessere Ergebnisse. Diese Ergebnisse konnten trotz zusätzlichen Stresssituationen für die Vegetation aufgrund der überdurchschnittlichen Temperaturen und unterdurchschnittlichen Niederschläge im Versuchszeitraum erzielt werden.
Die fruchtbarkeitsbestimmenden Eigenschaften anstehender Quartärsande in den Lausitzer Kippen können durch Zugabe von Eisenhydroxidschlamm verbessert werden. Das Material kann somit im Sinne der Kreislaufwirtschaft und Nachhaltigkeit einer Nutzung zugeführt werden, Abfälle werden vermieden.
Die LMBV mit ihrem Sanierungsbereich Kali-Spat-Erz ist u.a. Rechtsnachfolgerin des DDR Kalibergbaus in Thüringen und Sachsen-Anhalt. Im ehemaligen Revier „Kali Südharz“ sind vor der Wiedervereinigung insgesamt 6 Kalirückstandshalden entstanden (Bischofferode, Bleicherode, Sollstedt, Sondershausen, Menteroda und Roßleben), an denen permanent salzhaltige Sickerwässer anfallen. Die Wässer werden dezentral gefasst und durch Rohrleitungen zum zentralen Laugenstapelbecken nach Wipperdorf transportiert. Hier werden sie bis zum kontrollierten Abstoß in die Vorflut Wipper gespeichert. Die gesamte Steuerung – also Aufnahme, Transport, Regelung und Abstoß der Haldensickerwässer – wird im System der Salzlaststeuerung zusammengefasst. Durch den sich intensivierenden Klimawandel kommt es in diesem System vermehrt zu extremen singulären Ereignissen wie kurzen Starkniederschlägen, die sich mit längeren Trockenphasen abwechseln. Hinzu kommt durch stetige Verringerungen Niederschlagsmengen in der Region, dass die Vorfluter hohe Variationen und dadurch allgemein weniger Wassermengen zum Abfluss bringen. Diese Entwicklung übt Druck auf die Steuerung des komplexen Salzlastmanagements aus. Der Sanierungsbereich Kali-Spat-Erz arbeitet fortwährend an der Optimierung des Systems, zum einen durch Verbesserungen seitens der Technik, zum anderen wird an der Überdeckung der Halden weitergearbeitet, um die Quantität der Haldensickerwässer zu verringern. Permanent werden neue innovative Möglichkeiten zu weiteren nachhaltigen Verbesserung des Systems geprüft, um die Belastung der Hinterlassenschaften des DDR-Kalibergbaus auf die Umwelt, insbesondere die Vorfluter zu minimieren.
Die Erfahrungen mit dem IM-Prozess des Landes sollen aus Sicht der Bürgerinnen und Bürger dargestellt werden.
