Günter Braun



Entwicklung der Grundwasserverhältnisse
im oberen Hauptgrundwasserleiter
des nördlichen Braunkohlenreviers
- Tagebau Frimmersdorf/Garzweiler -


von


G. Braun und P. Ergenzinger

Juni 1984


Freie Universität Berlin
FB Geowissenschaften, WE 6
Arbeitsgruppe Hydrologie
Prof. Dr. P. Ergenzinger


Auftraggeber: Die Stadt und die Stadtwerke Mönchengladbach


 

1 . VERANLASSUNG UND ZIELE

Im März 1980 haben die Rheinischen Braunkohlenwerke AG (RHEINBRAUN)
in einem Bericht über Sümpfungsmaßnahmen und deren Auswirkungen auf den
Wasserhaushalt im nördlichen Braunkohlenrevier - speziell im Venloer Graben -
die Ergebnisse eines stationären Grundwasserströmungsmodells veröffentlicht.

Dieses Modell berechnet die Entwicklung der Grundwasserverhältnisse im oberen
Stockwerk (Hangendes) bis in das Jahr 2005.

Diesem Bericht folgte im Februar 1982 der

 

Wasserwirtschaftliche Rahmenbetriebsplan Frimmersdorf /Garzweiler .
 

Der Rahmenbetriebsplan enthält die aus der Sicht des Bergbaubetreibenden
notwendigen Sümpfungswassermengen, die für das Trockenhalten der Tagebaue
erforderlich sind.

Hierzu ist für den Nordraum des Braunkohlenreviers ein

 

Konzept zur Grundwasserschonung


entwickelt worden, das die räumlichen Auswirkungen der Sümpfung begrenzen soll.

Der Bergbaubetreibende schlägt vor, die Grundwasserförderung einiger großer
Betriebe einzustellen bzw. zu reduzieren , um den Grundwasserspiegel in
bestimmten Gebieten hochzuhalten. Hiermit soll erreicht werden, daß langfristig
- oder zumindest vorübergehend -


  • die Vorflut einiger Fließgewässer sichergestellt und
  • die bachbegleitenden Feuchtgebiete erhalten werden.

Der Bergbaubetreibende kann nicht - und das stellt er ausdrücklich fest -
langfristig den Bestand


  • der Feuchtgebiete am MÜHLENBACH - Feuchtgebiet Obere SCHWALM -
    und
  • des WETSCHEWELLER Bruchs sowie
  • weiterer regional und lokal bedeutender Feuchtgebiete an der NIERS


garantieren.

Um den Bestand der Feuchtgebiete zu sichern, sind weitergehende Maßnahmen
- wie z.B. die Infiltration von Sümpfungswasser durch Negativ-Brunnen -
erforderlich.

Das Ziel der vorliegenden Untersuchung besteht darin, diese zusätzlichen
Maßnahmen zu quantifizieren.

Zudem soll der Auftraggeber - die Stadt und die Stadtwerke Mönchengladbach -
in die Lage versetzt werden,

  • das RHEINBRAUN-Modell nachzuvollziehen,
  • Verbesserungen einzubringen und
  • weitere Planungsvarianten zu erarbeiten.

Zunächst war vom Auftraggeber gefordert worden, die Konzeption des
RHEINBRAUN-Modells einschließlich der Systemparameter und Randbedingungen
unverändert zu übernehmen.

Das im folgenden beschriebene FU-Modell 1entspricht dieser Forderung.

Die im Mai 1983 begonnenen Arbeiten ergaben jedoch bald, daß das RB-Modell
(bzw. das FU-Modell 1) aus verschiedenen Gründen, auf die später eingegangen
wird, nicht geeignet ist, die vom Auftraggeber gewünschten Prognosen mit
ausreichender Sicherheit zu geben.

Aus diesem Grunde wurde das FU-Modell 2 entwickelt, welches das RB-Modell
hinsichtlich der räumlichen und zeitlichen Auflösung um ein Vielfaches übertrifft.



 4. Vergleich der Modellergebnisse RHEINBRAUN./.FU Berlin

Da das Modell der RHEINBRAUN AG und das FU-Modell 1


  • auf ein und derselben Lösung der Boussinesq-Gleichung beruhen,


     
  • die Systemparameter und Randbedingungen identisch und auch
  • die Anzahl der Iterationsschritte übereinstimmen,

sind auch vergleichbare Resultate zu erwarten.

Ein Vergleich der jeweiligen berechneten Grundwasserstände zeigte jedoch,
daß an einigen Gitterpunkten die Modelle zum Teil erheblich voneinander abweichen.
Die Gründe hierfür konnten - wie folgt - ermittelt werden:




Gitterpunkt 178 - Bereich Schwalm
Das RB-Modell kennt offensichtlich keine obere Begrenzung des Aquifers,
d.h. der zu berechnende Grundwasserspiegel kann sich beliebig nach oben
entwickeln.
Beispiel:
Das RB-Modell errechnet für den Oktober 1976 im Punkte 178 eine
GW-Spiegelhöhe von 54.07 m über NN.
An dieser Stelle beträgt die topographische Höhe 50.0 m NN.


 

Diskretisierung des RB-Modells

 

7. Zusammenfassung

Die Auswirkungen von Sümpfungsmaßnahmen für den Braunkohlentagebau
Frimmersdorf/Garzweiler wurden mit Hilfe von zwei Grundwasserströmungs-
modellen bis in das Jahr 2005 errechnet.

In drei Modell-Varianten wurde gezeigt, wie sich der Hauptgrundwasserleiter
voraussichtlich entwickeln wird, wenn

 

  • Variante A: keine Maßnahmen zur Grundwasserschonung ergriffen werden,
  • Variante B: eine weitgehende Stillegung großer Grundwasserförderer
    in einem vorgegebenen Umkreis um den Tagebau und die dadurch
    erforderlich werdenden Ersatzwassermaßnahmen vorgesehen werden
    und
  • Variante C: wenn zusätzlich mit Hilfe von Negativ-Brunnen Sümpfungs-
    wasser im Gebiet des Mühlenbachs und des Wetscheweller Bruchs
    infiltriert wird, um diese Feuchtgebiete zu erhalten.

Die weitgehende Reduzierung der Förderung bestimmter GW-Entnehmer führt
trotz fortschreitender Sümpfung zu einer Erholung der GW-Stände in den
genannten Feuchtgebieten im Laufe des kommenden Jahrzehnts, wenn

bis zum Jahre 2005 pro Jahr zusätzlich


  • 5.5 Millionen m3 Sümpfungswasser wieder infiltriert werden,
    um die GW-Stände weiter zu erhalten.

Der durch die Infiltration entstehende hydraulische Kurzschluß
erfordert nur eine


  • Mehr-Förderung im Tagebau von 10% der gesamten Förderung,

da nur ein Teil dieses Wassers zum Tagebau zurückfließen wird.

Die errechneten Daten können allerdings nur Richtwerte sein, da mit den
eingesetzten Ein-Schicht-Modellen die komplizierten hydrogeologischen
Verhältnisse (z.B. im Verbreitungsgebiet des Reuver-Tons) nur mit
vereinfachenden Annahmen dargestellt werden konnten.