Antragsgegenstand/Einordnung der Antragsergänzungen

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2 Mit Schreiben vom [20] konkretisierten Sie die Prüfaufgaben und baten um fachliche Aussagen zu einem umfangreichen Fragenkatalog. Die für die Erstellung dieser Stellungnahme verwendeten zusätzlichen Unterlagen werden in Anhang 1 aufgeführt. 2 Antragsgegenstand/Einordnung der Antragsergänzungen Mit Schreiben vom [94] beantragte die K+S KALI GmbH/K+S AG (im Folgenden Antragstellerin bzw. AS) beim Regierungspräsidium (RP) Kassel (Hessen) die erneute Einleitung von bis zu 12 Mio. m³ Prozessabwasser in den Grundwasserleiter Leinekarbonat (zlca). Die Einleitung sollte über bis zu 11 Versenkbohrungen im Raum Hattorf (Hessen) im Zeitraum bis erfolgen. Nach einem Begutachtungsprozess der hessischen Behörden und Gutachter, in dem auch Stellungnahmen Thüringer Behörden abgefordert wurden ([16], [17]), erteilte das RP Kassel der Antragstellerin am eine mengenmäßig begrenzte und zeitlich bis zum befristete Versenkerlaubnis für die Einleitung von Salzabwasser ( Übergangserlaubnis [30], max. 0,75 Mio. m³/a bzw m³/d Versenkmenge). Hierin wird u. a. aufgeführt, dass über eine zeitlich und inhaltlich weitergehende wasserrechtliche Erlaubnis erst auf Grundlage eines kalibrierten numerischen 3D-Grundwassermodells entschieden werden kann. Anforderungen an das notwendige numerische 3D-Grundwasserströmungs- und -transportmodell (GW-Modell) waren schon im Erlaubnisbescheid vom [21] formuliert worden. Sämtliche Unterlagen des Erlaubnisverfahrens sowie die bis August 2016 vorgelegten Ergänzungsunterlagen wurden durch die TLUG unter Einbeziehung externer Gutachter nach den Vorgaben des TLVwA erneut einer Prüfung unterzogen, wobei die Umweltauswirkung in Thüringen im Fokus standen. Der jeweilige in die Prüfung einbezogene Antrags- bzw. Unterlagenstand sowie entsprechende umfangreiche Prüfergebnisse und weiterführende Empfehlungen sind in [15], [16] und [17] dargelegt worden. Das TLVwA nahm als Obere Wasserbehörde des Freistaates Thüringen gegenüber dem RP Kassel mit Schreiben vom [22] und [23] sowie am [24] zusammenfassend Stellung. Mit Mitteilungen vom wurden der TLUG vom RP Kassel die Unterlagen [2] bis [11], mit Mitteilung vom die ergänzenden Unterlagen [13] und [14] übersendet. Unter Einbeziehung dieser zusätzlichen Dokumentationen wurde der zur Verfügung gestellte Unterlagen- und Datenbestand im Hinblick auf die gestellten Prüfungsanforderungen durch TLUG erneut auf Vollständigkeit geprüft. Im Ergebnis wurde der vorgelegte Stand der Verfahrensunterlagen weiterhin als unvollständig und nicht umfassend unabhängig prüffähig bewertet und fehlende Daten/Unterlagen aufgeführt [32] (Details s. Abschnitt 3). Dieses Prüfergebnis wurde dem RP Kassel vom TLVwA am übermittelt und um entsprechende Veranlassung gebeten. Es wurde zudem aufgeführt, dass Terminstellungen zur Abgabe einer fachtechnischen Stellungnahme ( ) vor diesem Hintergrund vom TLVwA nicht eingehalten werden können. Bis zum wurden vom RP Kassel weitere Unterlagen ([25] bis [29]) nachgereicht. Das RP Kassel verweist in einem Schreiben v an das TLVwA darauf, dass der hessische Behördengutachter in einer Stellungnahme vom [27] das von der AS vorgelegte Grundwassermodell als hinreichend kalibriert ansieht, einzelne Modellprognosen für hessische Trinkwasserbrunnen jedoch als nicht konservativ bewertet. Anhand überschlägiger hydrogeologischer Überlegungen empfiehlt der hessische Gutachter jedoch, durch verringerte Salzabwasserversenkmengen und raten die Wahrscheinlichkeit einer Überschreitung von Grenzwerten der Trinkwasserverordnung an hessischen Trinkwassergewinnungsanlagen zu vermindern sowie Chloridgrenzwerte für diese Anlagen festzusetzen. Das RP Kassel verlängerte die Abgabefrist zur Stellungnahme für das TLVwA um drei Tage. Am teilte das TLVwA dem RP Kassel in [33] u. a. mit, dass auf dieser Basis eine Prüfung im gewünschten Zeitraum nicht möglich war, da Thüringer Fachbehörden (TLVwA, TLUG) in maßgebliche Weiterentwicklungsprozesse zum 3D-GW-Modell zwischen März und November 2016 nicht eingebunden wurden, Seite 2 von 47

3 der zum den Thüringer Behörden übergebene Daten- und Unterlagenbestand weder als prüffähig noch als vollständig vorgelegt bewertet worden ist [27], [32] der Erlaubnisantrag der K+S KALI GmbH hinsichtlich des EU- und Bundesrechts als nicht erlaubnisgeprüft bewertet wurde [22] und diese Einschätzung unverändert fortbesteht, die im September/Oktober 2016 aufgezeigten, u. a. methodisch-strukturellen Defizite des numerischen GW-Models, dazu führten, das GW-Modell der AS als nicht prognosefähig zu bewerten [15], der hessische Behördengutachter in seiner Stellungnahme vom [14] auf noch bestehende Defizite des GW-Modells hingewiesen hatte und somit für die komplexen Umweltauswirkungen auf die Grund- und Oberflächenwasserkörper in Thüringen ohne eigene Prüfung nicht davon ausgegangen werden konnte, dass sämtliche Defizite im angepassten Modellstand ausgeräumt worden sind und der hessische Behördengutachter in seiner Stellungnahme vom [27] die maßgeblichen Kritikpunkte der Thüringer Fachbehörden und ihres Gutachters auch für den erweiterten Modellstand nahezu vollständig teilte bzw. bestätigte, im Folgenden jedoch zu anderen, für das TLVwA nicht nachvollzieh- und überprüfbaren Schlussfolgerungen über ein sog. vertretbaren Salzabwasserversenkung kam. Mit Bescheid vom [34] erlaubte das RP Kassel der K+S KALI GmbH, Werk Werra, schließlich die Fortführung der Einleitung (Versenkung) von anfallenden Prozessabwässern in den Untergrund (Plattendolomit) als Ergänzung bzw. Verlängerung der Erlaubnis vom [30]. Hierbei wurde die maximale Jahresversenkmenge auf 1,5 Mio. m³, die maximale Tagesmenge auf m³ festgesetzt. Teilaspekte des Erlaubnisbescheides bzw. der Antragsunterlagen wurden im Nachgang auf Anforderungen des TLVwA bzw. des TMUEN auf unterschiedlicher Grundlage durch die TLUG beurteilt ([81], [82]). Der erste Teil der fachtechnischen Prüfung von Antrags- und Erlaubnisunterlagen der K+S KALI GmbH zur Einleitung/Versenkung von Produktionsabwässern in den Untergrund (Leinekarbonat) wurden dem TLVwA mit Datum vom übergeben [83]. Hier wurde auf die von Ihnen in diesem Zusammenhang übermittelten Fragestellungen [20] (dort 9 d.) eingegangen. 3 Vollständigkeit/Prüffähigkeit der Antragsunterlagen Im Rahmen der in den Abschnitten 1 und 2 aufgeführten und zitierten Aufgabenstellungen bzw. der Antragsgegenstände erfolgte durch die TLUG auf Anforderung des TLVwA zunächst eine erneute Vollständigkeitsprüfung der am vorliegenden Antragsunterlagen bzw. Ergänzungen und Datendokumentationen ([2] bis [11]). Im Ergebnis wurde festgestellt, dass der durch das RP Kassel zu diesem Zeitpunkt zur Verfügung gestellte Unterlagen- und Datenbestand im Hinblick auf die an die TLUG gestellten Prüfungsanforderungen weiterhin unvollständig und nicht umfassend unabhängig prüffähig ist [32]. Dort wird aufgelistet und ausführlich begründet, auf welcher Grundlage eine unabhängige Bewertung der hydrogeologischen, hydrologischen und wasserwirtschaftlichen Auswirkungen des Antragsgegenstandes (Versenkung von Salzabwasser in den Untergrund in Hessen) auf die Umwelt in Thüringen durchgeführt werden kann und konkrete Ergänzungen der dazu notwendigen Datenbasis aufgezeigt. Am [35] wurde dem TLVwA durch die TLUG mitgeteilt, dass die für eine fachbehördliche Prüfung essentiell notwendigen Unterlagen/Daten aus [32] noch nicht vorliegen und Zitate über zusätzlich fehlende Unterlagen übersandt. Mit Schreiben vom teilte das TLVwA dem RP Kassel diesen Sachverhalt mit. Seite 3 von 47

4 Mit vom übersandte das RP Kassel Unterlagen ([36] bis [40]) sowie ein Schreiben der K+S AG [41]. Die in [41] aufgeführten Dateien wurden bis zum digital übergeben. In die Dateien konnte mit einem am gleichen Tag von der K+S AG abgefragtem Password Einsicht genommen werden. Mit den Dateien liegt ein GW-Modellstand Werra-Kali 60 (Szenario 1 und 2) aus [3] vor, jedoch lediglich in binären FEFLOW- (.dac) Formaten und nicht in den für eine unabhängige Modellrechnung zielführenden und geforderten ASCII-Formaten [32]. Dadurch, dass die AS wiederum nur ein sog. View-Password zur Verfügung gestellt hatten, konnten die Dateien im fachbehördlichen Prüfungsprozess leider nicht, wie beabsichtigt und sachgerecht notwendig, editiert bzw. vollständig in ein unabhängiges Prüfmodell übernommen, sondern nur visuell geprüft, angesehen und ggf. manuell reproduziert werden (s. u.). Das RP Kassel übersandte im Anschluss eine Stellungnahme des HLNUG [42] sowie weitere Unterlagen, u. a. zur Ermittlung und Bewertung von Schwermetall- und Aluminiumgehalten sowie Aufbereitungshilfsstoffen in Grund- und Oberflächenwassermessstellen im Werra Kali-Gebiet ([43] bis [46]). Mit Schreiben vom [47] wurde dem TLVwA mitgeteilt, dass auch der nunmehr ergänzte Unterlagen- und Datenbestand eine unabhängige Prüfung des Antragsgegenstandes entsprechend der vom TLVwA gestellten Anforderungen aufgrund nach wie vor fehlender Daten/Unterlagen nicht ermöglicht. Weiterhin wurde begründet, dass Verweise der Antragstellerin auf sog. geistiges Eigentum bzw. auf Betriebs- und Geschäftsgeheimnisse aus [41], welche ggf. in den Antragsunterlagen dieses Verwaltungsverfahren enthalten sein könnten, u. E. einer fachbehördlichen bzw. gutachterlich unabhängigen Prüfung auf Erlaubnisfähigkeit von umweltrelevanten Vorhaben hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Umwelt (hier auf Grund- und Oberflächengewässer) nicht entgegenstehen. In [47] wurde aufgelistet, welche Unterlagen/Daten/Dokumente weiterhin kurzfristig zur Verfügung gestellt werden müssen. Dieses wurde dem RP Kassel durch das TLVwA mit vom mitgeteilt und um unverzügliche Veranlassung gebeten. 3.1 Fazit Es wird analog den Prüfergebnissen vom Oktober 2015 [17] und September 2016 [15] eingeschätzt, dass die für einen unabhängigen und sachgerecht verlaufenden fachbehördlichen Prüfungsprozess der Antragsunterlagen bzw. des numerischen Grundwasserströmungs- und -transportmodells notwendigen Daten/Unterlagen nicht vollständig übergeben worden sind. Es fehlen weiterhin die in [47] aufgelisteten Unterlagen und Daten, d. h.: a. Modelldateien und -ergebnisse im ASCII-Format (Punkt 3.1.a aus [32], (1) s. o), bzw. ein Zugang hierzu, b. vollständige digitale Eingangsdaten für das GW-Modell für sämtliche Modellversionen (Punkt 3.1.c, f. aus [32]), c. Sämtliche Protokolle/Präsentationen aus Arbeitskreisen zur Kalibrierung des GW-Modells (3.2. aus [32]welche in [41] zwar zur Übergabe angekündigt wurden, aber bis Juni 2017 nicht vorgelegt worden sind, d. Gutachterliche Erläuterungen zu Auswahlkriterien, die zu einer Priorisierung von Wassergewinnungsanlagen (WGA), insbesondere für WGA, die im Freistaat Thüringen liegen, geführt haben sowie eine Evaluierungstabelle in der Version V21 (Punkt 3.3.a., d aus [32],), e. Einschlägige Darstellungen zur räumlichen und zeitlichen Konzentrationsausbreitung sowie Profile, deren Schnittverläufe jede Wasser- und Heilwassergewinnungsanlage in Thüringen abbilden (Punkt 3.4.a., c aus [32]), f. Präsentationen DHI Wasy v , Stellungnahme Büro HG vom (Punkt 3.5.aus [32], bzw. 2. aus [35]). Seite 4 von 47

5 Informationen, ob und wann die in a. bis f. aufgeführten Daten, Informationen bzw. Schriftstücke übergeben werden, lagen der TLUG bis zum nicht vor. Somit wird festgestellt, dass die Antragsunterlagen der K+S Kali GmbH zum o. g. Vorhaben zum Beurteilungszeitpunkt weiterhin unvollständig und aus diesem Grund nicht umfassend und abschließend prüffähig vorgelegt worden sind. Trotz dieses Prüfergebnisses wird der bis vorliegende Unterlagen- und Datenbestand, in Absprache mit dem TLVwA, unter Beachtung der o. g. Einschränkungen, beurteilt. Es wird darauf hingewiesen, dass einzelne Prüfergebnisse in diesem Zusammenhang unvollständig und vorläufig sein können. 4 Ergebnis der Antragsprüfung Diese Stellungnahme beinhaltet geologisch/hydrogeologische Prüfaspekte. Für die Beurteilung wasserwirtschaftlicher Aspekte wird auf unsere Stellungnahmen [15] und [17], verwiesen. Um Redundanzen zu vermindern, wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Aussagen, Empfehlungen und Hinweise aus unseren Stellungnahmen vom [17] und [15] weiterhin in vollem Umfang gültig sind, wenn sie in den folgenden Betrachtungen nicht explizit ausgeschlossen bzw. eingeschränkt werden. Zuständigkeits- bzw. anforderungsgemäß sind die in [17] (Abschnitt 3) (wiederholt in [15]) aufgeführten Sachverhalte im Folgenden wiederum nicht Prüfungsgegenstand. Explizit wird darauf verwiesen, dass die zum Antragsgegenstand [17] (Abschnitt 3.1) nachzureichende Erläuterung zur zeitlichen Einordnung künftiger Salzabwasserversenkungen in technische Maßnahmenketten (Anstriche 4-6, Abschnitt 3.1 aus [17]) in der TLUG nicht vorliegt. Die Anmerkungen zur zeitlichen und räumlichen Abgrenzung von Untersuchungs- bzw. Versenkräumen bzw. Wirkbereichen ehemaliger und künftiger Salzabwassereinflüsse im Zusammenhang mit dem regionalen und lokalen Ausgangsstatus der Beurteilungen der Grundwasserbeschaffenheit und hydraulik im Werra-Kaligebiet (Anstriche 7,8, Abschnitt 3.1 aus [17]) sind auch nach Prüfung der Unterlagen (z.b. [60], [61]) weiterhin vollumfänglich gültig. Auch die seit November 2016 vorliegenden Unterlagen erhalten hierzu keine weiterführenden Informationen. 5. Fachtechnische Stellungnahme 5.1 Hintergrund Aspekte zu der seit 1925 im Werra Kaligebiet praktizierten Salzabwasserversenkung sowie die Thüringer Prüfergebnisse und Stellungnahmen aus dem Antragsverfahren von 2011 wurden in [17] (Abschnitt 4.1) kurz zusammengefasst. Der Stand der Erfüllung der aus [50] bzw. [51] abgeleiteten Auflagen und Anforderungen (Punkte A bis J) im Rahmen der bis gültigen wasserrechtlichen Erlaubnis [1] ist in [17] bewertet worden. Die in diesem Zusammenhang aufgeführten Bewertungen aus [15] (Abschnitt 4.1, i bis iv) gelten weiterhin. 5.2 Geologie/Hydrogeologie Die Ausführungen zur geologischen Situation sowie zu hydrogeologische Systembeschreibungen aus [17] gelten weiterhin. Da weder in den Unterlagen [1] und [49] (bewertet in [15]) noch in den seit November 2016 übergebenen Unterlagen zusätzliche Aspekte zur Bewertung der geologischen Situation im Thüringer Teil des Werra-Kaligebietes aufgeführt werden, sind die in Abschnitt aus [17] aufgeführten Hinweise und Empfehlungen weiterhin vollumfänglich gültig. Die in Abschnitt in [17] zur Bewertung antragsrelevanter hydrogeologischer Aspekte im Werra-Kaligebiet aufgeführten Empfehlungen und Hinweise gelten nach Prüfung der Unterlagen [1], [49] und [59] sowie der seit November 2016 übergebenen Unterlagen weiter. Auf unsere Empfehlungen aus [15] wird verwiesen. Weiterhin gilt: Seite 5 von 47

6 Die räumliche Darstellung und Verwendung von durchflusswirksamen Porositäten (z. B. für das Leinekarbonat) und k f -Werten (z. B. für die Schichteinheit Obere Letten/Bröckelschiefer ) wurde durch das Hessische Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie (HLNUG) [42] bewertet. Da das HLNUG als Teilnehmer eines sog AK Endkalibrierung vermutlich Einblicke in den Prozess der Modellerstellung hatte, werden in [42] neben dem Aufzeigen dokumentativer Mängel der Modell- und Prüfberichte ([3], [27]) auch die Plausibilitäten der hydraulischen Parameter für einzelne Grundwasserleiter einschränkend beurteilt. Diese Einschätzungen gelten u. E. auch für den Thüringer Teil des Werra- Kaligebietes und sind, i. S. des HLNUG, auch dort durch die AS sowie die hessischen Genehmigungsbehörden und deren Gutachter nachvollziehbar zu dokumentieren, so dass sie durch die Thüringer Behörden sachgerecht bewertet werden können. Die Dokumentationen sind den Thüringer Behörden zu übergeben. Die vom HLNUG aufgezeigten fachlichen Inkonsistenzen der gemessenen und im num. Modell verwendeten Porositäten und k f -Werte für die in [42] explizit betrachteten Schichteinheiten gelten, soweit anhand der Unterlagen ersichtlich, auch für den Thüringer Teil des Werra Kaligebietes. Die im Modellstand Werra Kali 60 [3], z. B. verwendeten geringen k f - Werte repräsentieren somit nicht flächendeckend die Messwerte für den Geringleiter Obere Letten/Bröckelschiefer,. Weitere Ausführung zur Nutzung und Plausibilität von k f -Werten von bis zu m/s sind weiter unten bzw. in [61] aufgeführt. 5.3 Einstufung von Grundwasserkörpern im Werra-Kaligebiet Entsprechend den Anforderungen nach EG-WRRL (in Verbindung mit der Grundwasserrichtlinie) fand 2014 eine Zustandsbewertung der Grundwasserkörper im Werra-Kaligebiet nach Anforderungen aus der Grundwasserverordnung (GrwV 2010) statt. Für das Werra-Kaligebiet wurden aufgrund der dort vorhandenen hydraulischen und hydrochemischen Randbedingungen gesonderte Methoden/Kriterien entwickelt. Die zwischen den Bundesländern Hessen und Thüringen abgestimmte Methodik zur Zustandsbewertung von Grundwasserkörpern im Bereich des Werra- Kaligebiets wurde nachvollziehbar in [17] wiedergegeben. Detaillierte Darstellungen der methodischen Vorgaben, der fachlichen Umsetzungen und der Ergebnisse zur Einstufung der Grundwasserkörpern im Werra-Kaligebiet finden sich, wie auch schon in [17] aufgeführt, im Bewirtschaftungsplan der FGG Weser von 2015 und 2021 [52], in einem Gemeinsamen Eckpunktepapier der FGG Weser ([53], Abschnitt 5) und, für den Thüringer Anteil, in Hintergrunddokumenten zur Erstellung der Bewirtschaftungspläne (z. B. [54]). Die Einschätzungen, Empfehlungen und Sachverhalte aus [15] gelten vollumfänglich, auch unter Beachtung der in [3] (Anhang C) aufgeführten Aspekte, fort. 5.4 Diffuse Einträge Hinsichtlich der Ausführungen zu sog. diffusen Einträgen (z. B. für Chlorid) in [94] unter Einbeziehung von [3] gelten die [17] und [15] aufgeführten Empfehlungen uneingeschränkt weiter. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die in [4] aufgeführten Abflussmengen am Pegel Unterrhon, welche zur Bestimmung der Chlorid-Vorlast der Werra verwendet werden, nicht plausibel sind. Für den Werra-Abschnitt oberhalb der Einmündung der Felda (bis zur Messstelle Unterrohn) werden in Thüringen andere (geringere) Umrechnungsfaktoren in Abhängigkeit von den Einzugsgebieten in Bezug zum Pegel Vacha verwendet. Dieses führt zu signifikant geringen Vorlastwerten für Chlorid in der Werra. Es wird dringend empfohlen, die Hinweise im Disclaimer der sog. Weser-Datenbank zu beachten und die verwendeten Daten regelmäßig zu verifizieren und zu prüfen. In diesem Zusammenhang wird empfohlen, hydrologische Daten ggf. direkt über zuständige Behörden zu beziehen. Weiterhin wird empfohlen, die Plausibilität und sachliche Richtigkeit der zur Ermittlung der sog. diffusen Einträge in die Werra verwendeten Umrechnungsmethoden aus [4] für sämtliche Oberflächenwassermessstellen im Werra-Kaligebiet zu überprüfen. Seite 6 von 47

7 Die Auswirkungen der, zumindest für die Vorlast der Werra signifikanten Unterschiede, wurden z. B. in [3] zur Kalibrierungszwecken verwendet. Somit wird empfohlen, die zur Kalibrierung verwendeten Werte für die diffusen Einträge vollständig zu überprüfen. Die Ergebnisse dieser Überprüfung sind im Kontext mit den Kalibrierungsvorgehen aus [3] etc. darzustellen und den Behörden kurzfristig zu übergeben. 6 Bewertung des beabsichtigten Grundwassermonitorings entsprechend der Prüfaufgabe (1) Die in [17], auf Grundlage von z. B. [50] und [51], benannten Anforderungen an das Grundwassermonitoring zur Überwachung der bestehenden und künftigen Auswirkungen der Salzabwasserversenkung im Werra-Kaligebiet sind nach wie vor gültig und Maßgabe der Beurteilung. Dabei sollten die direkt und/oder indirekt durch die Versenkung von Salzabwasser verursachten, beeinflussten und modifizierten hydraulischen und hydrochemischen Ausbreitungsprozesse im Grund- und Oberflächenwasser durch die Messstellen des Grund- und Oberflächenwassermonitoringnetzes erfasst und beobachtet werden können. Durch das Grundwassermonitoring müssen z. B. (vgl. III.2 in [50], [17]) o (langfristige) Auswirkungen der Salzabwasserversenkung in beeinflussten Grundwasserleitern vollständig erfasst werden können und o deren Einflüsse vollumfänglich lokal und zeitlich unterschieden werden können sowie o plausible Aussagen zu Nutzungskonflikten (z. B. bei der Wasser- und Heilwassergewinnung) und Umweltauswirkungen im gesamten Thüringer Raum getätigt werden können. Auf Basis der in [17] (Abschnitt 5) vorangestellten und nach wie vor gültigen Ausführungen wurde die Prüfung und Bewertung des Grund- und Oberflächenwassermonitorings entsprechend der Prüfaufgabe (1) auf Grundlage der bis September 2016 von der K+S KALI GmbH/K+S AG bzw. dem RP Kassel vorgelegten Unterlagen weitergeführt [15] (Abschnitt 6). Da in den aktuell übergebenen Unterlagen [1] bis [14] bzw. [25] bis [29] keine grundlegend weiterführenden Aspekte zu dieser Prüfaufgabe enthalten sind, gelten Anforderungen an das Grundwassermonitoring sowie die aufgeführten Aussagen und Empfehlungen aus [15] (Abschnitt 6) und [60] weiterhin. Dies gilt insbesondere für die in [15] aufgeführten Empfehlungen zum o Sanierungs- und Überprüfungsbedarf von Grundwassermessstellen aus dem im aktuellen Mess- und Beobachtungsplan (u. a. [92] und deren im Anschluss erfolgten Änderungen) o zur Funktionsfähigkeit und Eignung von Grundwassermessstellen sowie o zur vorgeschlagenen Erweiterung des Grund-und Oberflächenwassermessnetzes aus [15] und [17]. Sämtliche Empfehlungen und Hinweise aus der Stellungnahme der TLUG zu den Messergebnissen des Schwermetallscreening bzw. zu ergänzenden Antragsunterlagen (1. Teil) [83] sind bei der Bewertung der Prüfaufgabe (1) zusätzlich zu beachten. Darüber hinaus wird konkretisierend bzw. aktualisierend angemerkt, dass die von der AS erarbeiteten Jahres- und Monitoringberichte, welche die Auswirkungen der aktuellen und ehemaligen Salzabwasserversenkungen an Messstellen dokumentieren (z. B [84], [85], [86]), von der TLUG regelmäßig auf Anforderungen des TLVwA/TLBA bewertet (u. a. [87], [88], [89]) wurden und werden. In diesen Stellungnahmen sind neben berichts- und jahresbezogenen Empfehlungen auch weiterführende hydrogeologische Empfehlungen und Bewertungen zum Gesamtmessnetz sowie zu Einzelmessstellen aufgeführt und begründet. Empfehlungen, Hinweise und Bewertungen, welche z. B. zu Jahres- und Monitoringberichten aufgeführt werden, sind dringend zu beachten und umzusetzen. Insbesondere dadurch, dass die Empfehlungen der TLUG (z. B. aus [90]) noch nicht umgesetzt worden sind, wird Seite 7 von 47

8 aktuell in [87] eingeschätzt, dass z. B. der teilweise salzabwasserführende Grundwasserleiter Quartär zwischen Bad Salzungen, Tiefenort und Vacha nur unzureichend beobachtet und überwacht wird, da hier seit 2014/2015 keine funktionsfähige Messstelle mehr existiert. Zu dem in [91] aufgeführte Vorschlag der K+S AG zum künftigen Mess- und Beobachtungsplan des Werkes Werra im Bereich der Werraaue wird angemerkt, dass für den Thüringer Raum sämtliche Hinweise und Empfehlungen zu Einzelmessstellen, Beprobungshäufigkeiten und Untersuchungsumfang aus [82], [87], [88] und [89] zu beachten sind. In [61] werden die Ergebnisse aus [60] bestätigt und anhand von Prozessanalysen und Modellergebnissen abgeleitet, dass eine nicht zu vernachlässigende dichtegetriebene horizontale Ausbreitung von Salzabwasser aus dem Plattendolomit im Hangenden der grundwassergeringleitenden Schichtenfolge "Obere Letten/Bröckelschiefer" existiert. Somit ist nach wie vor festzustellen, dass sich nur einzelne Messstellen im Bereich der Oberkante des Geringleiters im Oberen Zechstein befinden und damit die gefährdeten liegenden Bereiche des Grundwasserleiters Buntsandstein nicht ausreichend überwacht werden; unmittelbar oberhalb des stauenden Horizontes z. T. stark erhöhte Salzkonzentrationen gemessen werden. Diese Tatsache unterstützt die durch die Modelle belegte These, dass sich salinares Abwasser stärker bei entsprechenden hydrogeologischen Voraussetzungen in den untersten Buntsandsteinschichten verbreiten kann als bisher angenommen ([60], [61]). Es wird weiterhin empfohlen, neben den in [17] aufgeführten Messstellenerweiterungen, insbesondere die Empfehlungen zum Neubau von Messstellen im unteren Felda- bzw. Öchsetal aus [15] dringend zu beachten. Aktuell wird von der K+S KALI GmbH im Raum Kieselbach/Tiefenort eine Messstelle (Tiefenort 8), welche mit einer durch die TLUG in [17] empfohlenen Messstellenerweiterung überein gebracht werden kann, in den Grundwasserleiter Leinekarbonat niedergebracht. Hierbei wurden hydraulische Wegsamkeiten und vermutlich Salzabwasseranteile unterhalb des Grundwasserleiters Leinekarbonat identifiziert (vgl. Nebenbestimmung 8b aus der Versenkerlaubnis von 2011 [21]), welche zukünftig beobachtet werden müssen. Diese Bereiche befinden sich außerhalb des mit dem aktuellen numerischen Grundwassermodell konzeptionell betrachteten Modellgebiets. Es wird empfohlen, das hydrogeologische (konzeptionelle) Modellgebiet unter Einbeziehung dieser Erkenntnisse neu zu bewerten. Die Bewertung ist den Thüringer Behörden nachzureichen. 6.1 Fazit Es gilt weiterhin die in [17] und [15] getroffene Aussage, dass das in den Antrags- bzw. Ergänzungsunterlagen dargestellte Grundwassermonitoringkonzept zur Überwachung der Ausbreitung von Salzabwasser im Leinekarbonat, dessen Verlagerung in andere Grundwasserleiter sowie deren Aufstieg und diffusen Übertritt in Oberflächengewässer derzeit nicht vollständig geeignet ist. Die Auswirkungen der beantragten Salzabwasserversenkung können hinsichtlich eines qualitativen und quantitativen Grundwasserschutzes, wenn überhaupt, nur in Verbindung mit einem kalibrierten [prozessorientierten] numerischen Strömungs- und Transportmodell vollumfänglich beurteilt werden. Dieses Modell müsste jedoch schon zum Beginn des Antragszeitraums (und somit auch vor dem Erlaubniszeitraum) vorliegen und in der Lage sein, ggf. nach entsprechender Anpassungen der Modellskalen i. S. einer Verfeinerung (Modelllupen) in relevanten Teilbereichen, die bestehenden und zukünftigen Auswirkungen der in das Leinkarbonat eingeleiteten Salzabwässer auf Süßund Salzwassergrundwasserleiter zeit- und ortsdiskret nachzubilden und zu prognostizieren (hierzu s. u.). [17], [15]. Seite 8 von 47

9 Da lokale Anpassungen des GW-Modells dringend erforderlich sind, ist zwingend auch das Grundund Oberflächenwassermessnetz zu verdichten und anzupassen. Hier sind mindestens die in [17] und [15] vorgeschlagenen Messstellen zu errichten. 7 Bewertung des numerischem 3D-Grundwasserströmungs und Transportmodells entsprechend der Prüfaufgabe (2) In diesem Abschnitt werden zunächst die vorgegebenen Aufgabenstellungen zur Konzeption und Erstellung eines 3D-Grundwasserströmungs- und Transportmodells (GW-Modell) aus [1], zitiert in [15] und [17], benannt. Diese waren durch die AS, gemeinsam mit Ihrer Auftragnehmerin DHI WASY GmbH (Berlin), umzusetzen. Der Umsetzungsprozess zur Modellerstellung und - entwicklung einschließlich der behördlichen Bewertungen und Hinweise ist in [15] und [17] ausführlich wiedergegeben. Der zur Prüfung relevante Verfahrensablauf wird o. g. Abschnitt 2 und 3 umfassend aufgeführt und z. T. bewertet. Die den Thüringer Behörden zwischen Oktober 2015 und Juni 2017 vorgelegten Unterlagen/Daten und der vorliegende Modellstand Werra Kali 60 [3] werden im Folgenden auf Vollständigkeit/Plausibilität sowie hinsichtlich der modelltechnischen und numerischen Prozessapproximation zusammenfassend dargestellt und auf Kritik- und Schwachpunkte hingewiesen. Im Anschluss sind die Prüfergebnisse zur stationären und instationären Kalibrierung des Modellstandes aufgeführt. Abschließend wird die Eignung des derzeitig prüfbaren Modellstandes in Form von Fragestellungen noch einmal zusammenfassend eingeschätzt. Die TLUG hat, gleichartig zum Vorgehen in [15] und [17], die Firma delta h Ingenieurgesellschaft mbh (Witten, im Folgenden delta h ) beauftragt, die aktuell vorgelegten Dokumentationen und Daten (u. a. [3]), unter Beachtung früherer Modellstände über die Bewertungen aus 2016 hinaus [63] und [60], umfassend zu prüfen und zu relevanten Fragen Stellung zu nehmen (s. u.). 7.1 Aufgabenstellung/Modellerstellung Die Aufgabenstellung für die AS zur Konzeption, Erstellung und Eignung eines GW-Modells im Werra-Kaligebiet war schon im Erlaubnisbescheid vom [21] formuliert worden und zum Zeitpunkt der Modellerstellung weiterhin gültig und wird in [17] folgendermaßen beschrieben: In Nebenbestimmung 7 des Erlaubnisbescheides wurden die 2011 gültigen Anforderungen an die Eignung eines zu entwickelnden 3D-Grundwasserströmungs- und Transportmodells für den aktuell laufenden Antragszeitraum der wasserrechtlichen Erlaubnis formuliert. Das Modell musste geeignet sein, grundsätzliche Fragestellungen zum Verbleib des in den Grundwasserleiter Buntsandstein eingetretenen Salzabwasservolumens substantiell zu beantworten sowie orts- und zeitkonkrete Auswirkungen der Salzabwasserversenkung hinreichend genau prognostizieren zu können. Zudem musste das Modell so geplant und konzipiert werden, dass es für notwendige kleinskalige Problem- und Aufgabenstellungen und Nachbildungen angepasst werden kann. Die Modellergebnisse sollten für Anpassungen des Bohrprogramms und des Grundwassermonitorings im Werra- Kaligebiet verwendet werden. Für einzelne Kalibrierungsschritte des Modells waren [in [21]] konkrete Zwischentermine benannt, die Kalibrierung war spätestens am abzuschließen. Zur Modellerstellung der AS wird auf die Ausführungen in [17] (Abschnitt 6.2) bzw. [15], welche weiterhin gültig sind, verwiesen. Diese werden in den Abschnitten 2, 3 sowie in 6.3 dieser Stellungnahme ergänzt. Die in [17] und [15] aufgeführte zusammenfassende Einschätzung gilt zum Beurteilungszeitraum weiterhin: Hinsichtlich der grundsätzlichen Anforderungen zur Erstellung und zur Nutzung eines im Werra-Kaligebiet notwendigen numerischen 3D-Grundwasserströmungs- und Transportmodells geht die Antragstellerin derzeit davon aus, dass die Anforderungen aus dem Erlaubnisbescheid von 2011 auch auf ein zukünftiges Modell übertragen werden können. Dieses ist nach unserer Einschätzung lediglich pragmatisch und am [...] Modellzustand orientiert nachvollziehbar. Die damaligen, über die Modellzielstellungen hinaus geltenden An- Seite 9 von 47

10 forderungen besagten z. B., dass das Modell so geplant und konzipiert werden muss, dass es für notwendige kleinskalige Problem- und Aufgabenstellungen und Nachbildungen angepasst werden kann. Dieses implizierte schon damals ein weiteres Stadium der Modellentwicklung, welches im [damaligen] Erlaubniszeitraum (ursprünglich Ende 2013) zu erreichen war. Diese ist bislang weder realisiert worden, noch sind in den Antragsunterlagen weiterführende Erläuterungen gegeben bzw. werden Modellerweiterungen konkret benannt... [17]. Im Gegensatz zu den bisherigen Einschätzungen der TLUG ([17] [15]), wo es hieß, dass zumindest im Bereich der Rückstandhalde Hattorf (und ggf. Wintershall) durch die K+S eigenständige, kleinskalige Modellrechnungen verwendet werden, muss nun nach [62] davon ausgegangen werden, dass ein aktuelles lokales num. Grundwassermodell (noch) nicht existiert. Nach Planungen der AS wird dieses erst im März 2018 vorliegen. Somit ist zu konstatieren, dass ursprünglich geplante und beauflagte kleinskalige problemorientierte Anpassungen des numerischen Grundwassermodells und des Modellkonzeptes bis zum heutigen Zeitpunkt nicht erfolgt sind. Planungen und Aussagen, o in welchen Teilbereichen diese Modellanpassungen und rechnungen erfolgen sollen, o wann diese ggf. durchgeführt werden und o ob die Modellanpassungen mit dem vorhandenen Modellkonzept überhaupt durchführbar sind, liegen in der TLUG nicht vor. In den aktuellen Unterlagen (z. B. [3]) wird mehrfach aufgeführt, dass mit dem FEFLOW Modellstand Werra-Kali 60 lediglich ein regionales numerisches Grundwassermodell i. S. eines Großraum- bzw. Regionalmodells nach DVGW W 107 A erstellt wurde bzw. werden sollte, um die regionalen hydraulischen Verhältnisse und Salzwasserausbreitung nachzubilden. Es wird somit in diesem Zusammenhang eingeschätzt, dass der vorliegende Modellstand Werra-Kali 60 die grundsätzlichen Aufgaben- und Zielstellungen, nämlich die Auswirkungen der Salzabwasserversenkung orts- und zeitdiskret und somit auch hinreichend genau zu prognostizieren (näheres s. u.) a priori nicht erfüllen konnte bzw. nicht erfüllt hat. Der vorliegende Modellstand ist (selbst) nach Einschätzungen aus [3] für bestimmte Grundwasserleiter (z. B. für den wasserwirtschaftlich genutzten Grundwasserleiter Mittlerer Buntsandstein) per se gar nicht in der Lage, lokale hydraulische Situationen in ausreichender Wiedergabetreue abzubilden. Selbst unter der Voraussetzung, dass die in [3] (S. 146) aufgeführten Einschätzungen schlüssig und nachvollziehbar i. S. der Aufgabenstellung erreicht worden wären, wäre das Modell lediglich geeignet, um z. B. als regionale Grundlage für mögliche detaillierte Teilmodelle und als Grundlage für weitere Anpassungen bzw. für notwendige kleinskalige Problem- und Aufgabenstellungen sowie nachbildungen verwendet werden zu können [3]. Somit ist zu schlussfolgern, dass, wenn überhaupt, mit dem vorgelegten GW- Modellentwicklungsstand Werra-Kali 60 ein Stand erreicht worden ist, wie er ursprünglich Ende 2013 notwendig gewesen wäre. Seite 10 von 47

11 7.2. Prüfung der Vollständigkeit/Plausibilität der Unterlagen zur Modellprüfung [61] Die für eine fachtechnisch umfassende Beurteilung notwendigen Modellgrundlagen (digitale Daten), mit denen das Grundwassermodell gutachterlich, z. B. durch ein eigenständiges Postprocessing, vollständig unabhängig hätte geprüft werden können, liegen der TLUG zum jetzigen Beurteilungszeitraum nicht vollständig vor (s. o.). Eine Möglichkeit zur Durchführung unabhängiger und auf vollständig identischer Datengrundlage beruhender eigenständiger, plattformunabhängiger Modellrechnungen sowie Bewertungen durch den Gutachter delta h bestand somit im Rahmen der gutachterlichen Prüfung wiederum nicht [61]. Es ist nach [61] und [60] weiterhin festzustellen: Eingangsdaten und Simulationsergebnisse der Modellstände des Rechenmodells (Werra- Kali 40/46/60) der AS wurden nur in binärer Form zur Verfügung gestellt. Die Dateien sind passwortgeschützt und können lediglich mit eine sog. FEFLOW-Viewer visuell dargestellt werden. Ein eigenes Processing, welches für eine plattformunabhängige Modellprüfung notwendig wäre, kann damit nicht durchgeführt werden. Vollständige digitale Eingangsdaten für das GWM Werra für sämtliche (auch frühere) Modellversionen fehlen (vgl. auch [42]). Es wird darauf hingewiesen, dass die z. B. in [14], [27] und [42] aufgeführten Modellsimulationen durch den behördlichen Gutachter des RP Kassel bzw. deren Ergebnisse und Datengrundlagen den Thüringer Behörden ebenfalls nicht digital vorgelegt wurden und somit nicht in die hier durchgeführten Bewertungen einbezogen werden konnten. Auf Basis der durch die AS zur Verfügung gestellten binärer Eingabedateien und Simulationsergebnisse waren u. a. eigenständige Generierungen von o Flurabstandsplänen, o Vertikalschnitten mit GW-Gleichen sowie o die Visualisierung der Fließrichtungen/Dichteeffekte in allen notwendigen Vertikalschnitten und in der Fläche erschwert bis gar nicht möglich (vgl. [63]). Die während einer unabhängigen Modellprüfung zur Analyse der im num. Modell konzeptionell oder direkt implementierten maßgeblichen Prozesse notwendigerweise durchzuführenden Sensitivitätsanalysen sind mit den übergebenen Unterlagen und infolge des eingeschränkten Datenzugriffs nicht vollständig möglich [60], was die Prüffähigkeit der Unterlagen/Daten begrenzte. Eine nachvollziehbare dokumentierte Zuordnung sämtlicher in allen bisherigen Modellversionen (insbesondere Kali 40 bis Kali 60) enthaltenen Messstellen und Wassergewinnungsanlagen (Beobachtungspunkte) mit der Lage der Filterstrecken zu den im Modell vorhandenen Schichten ggf. als gesonderte Tabelle fehlt. Insgesamt wird eingeschätzt, dass eine erforderliche vollständige und plattformunabhängige gutachterliche Prüfung des numerischen GW-Modells der Modellstände Werra-Kali 40 bis 60 auf identischer Grundlage aufgrund nur eingeschränkt vorliegenden Datenzugriffsmöglichkeiten und unzureichender Datenübergaben, u. a. durch die Antragstellerin, im Prüfungszeitraum nur bedingt durchgeführt werden konnte Die Unterlagen zur Modellprüfung sind somit nach wie vor nicht vollständig prüffähig übergeben worden. Aus diesem Grund musste das Prüfungsvorgehen an die Erfordernisse, soweit möglich, angepasst werden (s. Abschnitt 7.4). 7.3 Prüfung/Bewertung des 3D-numerischen Grundwasserströmungs- und Transportmodells (nach [61]) In den folgenden Abschnitten wird zunächst der bisherige Stand der Prüfung der Modelle Werra- Kali 40 und insbesondere Werra Kali 46 ([60], [63]) und im Anschluss die aktuellen Bewertungsergebnisse zum Modellstand Werra-Kali 60 aus [61] zusammenfassend wiedergegeben. Weiterführende Aussagen, Darstellungen und detaillierte Erläuterungen sind in diesen Unterlagen ersichtlich. Seite 11 von 47

12 Nach einer Darstellung des Prüfungsstandes und -vorgehens werden Erstellung und Aufbau eines Vergleichsmodells kurz begründet und beschrieben sowie exemplarische Modellergebnisse vorgestellt, um damit den vorliegenden Modellstand Werra-Kali 60 zu beurteilen (u.a. [3]). Dieser wird in [61] (erweitert gegenüber [60], [63], [15], [17]) auf Grundlage der vorliegenden Berichte und Daten (vgl. [61], Abschnitt 8) wiederum u. a. hinsichtlich der Abbildung des hydrogeologischen Modells [64] untersucht. Grundlage bildeten neben den Dokumentationen (z. B. [3], [49], [65]) die durch das RP Kassel bzw. durch die AS Ende Februar 2017 zur Verfügung gestellten, nicht selbstständig prozessierfähigen digitalen Binärdateien (s. o.). Das numerische Modellkonzept wird im Kontext des Stands der Technik noch einmal auf Vollständigkeit und Angemessenheit geprüft Stand der bisherigen Prüfung früherer Modellstände Der durch die TLUG beauftragte Prüfer delta h kam bei der Bearbeitung voriger Modellstände u. a. zu den Schlussfolgerungen, dass das Grundwassermodell Werra-Kali 46 [49] im Hinblick auf die berechneten Konzentrationen in lokalen Bereichen eine Verbesserung im Vergleich zum im Jahr 2015 geprüften Modellstand Kali 40 [65] darstellte [63]. Trotzdem bildet das Modell auf der festgelegten Bewertungsbasis die Dynamik und Charakteristik der gemessenen Piezometer (Wasserdrücke in definierter Tiefe) und Konzentrationen nicht angemessen ab. Die vertikale Netzdiskretisierung spielt bei der dichteabhängigen Stofftransportberechnung eine entscheidende Rolle. Diese wurde jedoch vor dem Hintergrund der Rechenbarkeit in den Modellen Werra-Kali 40 sowie 46 zu grob gewählt. Gerade in den Aufstiegszonen gewährleistet eine ausreichende Netzdiskretisierung in vertikaler aber auch in horizontaler Richtung, dass sich ausbildende Konvektionszellen den horizontalen Transport der Salzabwässer im Buntsandstein begünstigen. Die Berechnungen des Modells Werra-Kali 46 wurden in [60] als nicht auf der sicheren Seite liegend bewertet. Dem Modell Werra-Kali 46 wurde aufgrund der starken Überprägung durch die numerische Dispersion des Upwind-Verfahrens die Fähigkeit abgesprochen, die Charakteristik der Salzausbreitung ausreichend wiederzugeben. Diese bedeutet, dass nicht allein die Modellkalibrierung Defizite aufwies. Vielmehr lagen konzeptionelle, numerische Defizite vor, welche das aufgestellte Modellkonzept in Hinblick auf die Diskretisierung in Frage stellten. Die Vergleichsrechnungen mit dem vom Prüfgutachter aufgestellten Modell mit deutlich geringerer Knotenzahl und stabileren Lösungen zeigten dies [60]. Des Weiteren wurden potentielle Aufstiegsbereiche wie Hangquellen, Nebengewässer und Störungen nicht in Gänze im Modell abgebildet. Halden werden im Modell nicht abgebildet und auch nicht bilanztechnisch berücksichtigt. Somit fehlt eine signifikante Größe in der Gesamtbilanzierung. Eine Auswertung des Monitoringnetzes zeigte, dass sich nur einzelne Messstellen im Bereich der Oberkante der Einheit Obere Letten/Bröckelschiefer befinden und damit u. a. die Basis des Grundwasserleiters Buntsandstein nicht ausreichend überwacht wird. In Summe wurde das Modell Werra-Kali 46 als nicht prognosefähig im Sinne der Aufgabenstellung bewertet ([60], [63]). Es wird darauf hingewiesen, dass diese Bewertungen vollumfänglich weiter gültig sind (s. u.). 7.4 Detailliertes Vorgehen bei der Prüfung und Bewertung des Modellstandes Werra Kali 60 Ein softwareunabhängig prüfbares numerisches GW-Modell wurde durch die Antragstellerin im gesamten Antragsverfahren nicht an die Thüringer Behörden übergeben ([61], s. o.). Aufgrund der so nur eingeschränkt vorliegenden Datenzugriffsmöglichkeiten auf die durch die AS verwendeten und erzeugten Modelldaten und um eine substantielle Prüfung des FEFLOW-Modells (Version 6, Werra-Kali 60, Stand November 2016, [3]) der K+S/DHI WASY weiterführen zu können, wurde das Prüfungsvorgehen gegenüber voriger Prüfungszyklen durch delta h weiter angepasst und um zusätzliche Prüfaspekte erweitert. Der Prüfer delta h entschloss sich im Rahmen des Prüfverfahrens bzw. zeitraums aufgrund der nicht vollständig erfolgten Datenübergabe zur Bearbeitung der Anforderungen des Auftraggebers wiederum ein weitergeführtes eigenes, lauffähiges numerisches 3D-Grundwasserströmungs- und -transportmodell mit der Software SPRING (SPRING bzw. Vergleichsmodell ) als Vergleichsmodell aufzubauen. Dieses unabhängige Vergleichsmodell basiert, soweit anhand der übergebenen Daten, Dateien und Unterlagen überhaupt möglich und rekonstruierbar, auf der gleichen geologi- Seite 12 von 47

13 schen, hydrologischen und hydrogeologischen Datenbasis wie das zu prüfende FEFLOW-Modell der K+S/DHI-Wasy (Stand Werra-Kali 60). Die Modellparametrisierung wurde hierbei aus dem FEFLOW-Modell Werra-Kali 60 übernommen. Das Vergleichsmodell wurde im Rahmen der durchzuführenden Arbeiten als Werkzeug zur Untersuchung der Auswirkungen einzelner Einflussgrößen, Prozesse und Parameter eingesetzt. Ohne die Nutzung eines Vergleichsmodells wäre eine unabhängige Prüfung der vorliegende Modellergebnisse sowie eine gutachterliche Einschätzungen zur grundsätzlichen Eignung des GW-Modells Werra-Kali 60 bei der Nachbildung der komplexen hydrogeologischen Gegebenheiten im Werra- Kaligebiet nach [61] nicht möglich gewesen. Der Fokus des Prüfungsvorgehens liegt primär nicht auf einer möglichst exakten Abbildung gemessener Größen, sondern vielmehr auf der Bewertung der jeweils untersuchten Einflussgrößen hinsichtlich Signifikanz und Wirkungsweise. Das Vergleichsmodell gibt somit eine Hilfestellung bei der Beurteilung der mit den Antragsunterlagen eingereichten Untersuchungen mit dem Grundwassermodell Werra-Kali 60 [3] (Details in [61]). Falls bei der Prüfung, z. B. im Rahmen der Modellerstellung des Vergleichsmodells ([61], Abschnitt 2.1) die Notwendigkeit von Ergänzungen/Optimierungen im Modellnetz (Abschnitt 7.7.1) sowie in der Ausgangsdatenbasis bzw. von Randbedingungen (z.b. Gewässernetz, GW-Neubildung) für die Modellversion Werra-Kali 60 erkannt wurd, wird, wie schon in den Vorgängerberichten ([63], [60]), darauf hingewiesen (Abschnitt 7.6). Somit werden grundlegende Defizite des zu prüfenden Modells Werra-Kali 60 herausgearbeitet und gleichzeitig erläutert, welche Daten im Vergleichsmodell verwendet worden sind (vgl. Abschnitt 7.5). Entscheidend für die Berechnung des Transportverhaltens der versenkten Salzabwässer ist die korrekte Abbildung der dichtebeeinflussten Strömungs- und Transportsituation. Um aufzeigen zu können, wie die Strömungssituation sowie die Konzentrationsverteilung ohne eine angemessene Berücksichtigung von Dichteeffekten aussehen würde, werden die Berechnungen mit dem Vergleichsmodell beispielhaft im Rahmen der Prüfung auch ohne deren Berücksichtigung durchgeführt [61]. Für die Berechnungen werden somit zwar die entsprechenden Konzentrationen angesetzt, die Dichteabhängigkeit wird jedoch deaktiviert. Die Berechnung entspricht daher einer Süßwasserberechnung bzw. einer Berechnung mit einem Tracer und wird den jeweiligen dichteabhängigen Berechnungen mit dem Vergleichsmodell und denen mit dem Modell Werra-Kali 60 gegenübergestellt. Hieraus ergeben sich in [61] u. a. Hinweise zur Beurteilung der Berechnungsgüte des Modells Werra-Kali 60 (z. B. Abschnitt 7.7.3). Da die dichteabhängige Berechnung zudem signifikant von der Güte der Netzdiskretisierung abhängt, werden verschiedene Netzdiskretisierungsstufen mit dem Vergleichsmodell aufgestellt und deren Einfluss auf das Ergebnis der Transportberechnung aufgezeigt [61]. Somit werden zusätzliche, über die Prüfergebnisse aus [60] hinausgehende Aussagen zum Modellstand Werra-Kali 60 abgeleitet (z. B. Abschnitt 7.7.3). Da aussagefähige Testläufe bzw. Darstellungen zur möglichen hydraulischen Relevanz der im Modell Werra-Kali 60 [3] nicht parametrisierten Störungszonen fehlen, wurden mit dem Vergleichsmodell zusätzlich exemplarische Untersuchungen hierzu durchgeführt (Abschnitt und [61]). In Anbetracht der Modellunsicherheiten in Werra-Kali 60 und der teilweise nicht nachvollziehbaren Dokumentationen zur Beurteilung der Sicherheit von Wasserschutzgebieten, wurden grundlegende methodische Möglichkeiten zur Risikoabschätzung bei der Beurteilung von Einzugsgebieten von Wassergewinnungsanlagen abgeleitet und exemplarisch in [63] (Abschnitt 2.5) aufgezeigt (vgl. Abschnitt 7.7.2) Mit dem Vergleichsmodell wurden weiterhin, z. B. zur Konzentrationsausbreitung und Bilanzierung von Eintragsfrachten in die Vorfluter ([61], Abschnitt 3.3) unterschiedliche vertikale Diskretisierungen (dichteabhängig mit 20 und 60 Schichten, vgl. Werra-Kali Schichten) und Transportmodellansätze (dichtabhängig und dichteunabhängig) untersucht. Die Schichtenanzahl wurde in einem iterativen Prozess verändert. Der Einfluss auf die Berechnungsergebnisse bei unterschiedlichen Netzdiskretisierungen wurde ermittelt (vgl. Abschnitt 7.7.3). Seite 13 von 47

14 Damit werden in [61] Aussagen über die Sensitivitäten dieser Modellvarianten bezüglich der diffusen Einträge getroffen. Für die dichteunabhängigen Berechnungen ( Süßwasserberechnung ) wurde das Modell ebenfalls unterschiedlich mit 20, 60 und 126 Schichten (S20, S60, S126) diskretisiert. Die Ergebnisse einer Süßwasserberechnung geben dabei Aufschluss darüber, inwieweit eine nicht optimale Dichteberechnung einer Süßwasserberechnung gleicht und entscheidende dichteabhängige Transportprozesse, wie z. B. Konvektionszellen, nicht abgebildet werden (vgl. Abschnitt 7.7.3). Bei den in [61] dargestellten Modellrechnungen lag die Zielsetzung u. a. auf der Darstellung der Modellierbarkeit der grundsätzlichen Prozesse sowie der Untersuchung der auftretenden numerischen Probleme. Daher wurde bei diesen Berechnungen von einer Anfangsbedingung ausgegangen, bei der keine geogene Salzbelastung vorliegt. Mittels einer Vergleichsrechnung wird jedoch eine Möglichkeit aufgezeigt, wie eine plausible Anfangskonzentration praktikabel ermittelt werden kann. Dieser alternative Ansatz besteht daher darin, die Anfangskonzentrationen unter quasistationären Strömungsbedingungen und plausiblen Annahmen zum Salzeintrag mit dem Modell zu berechnen. Der Berechnungszeitraum ist so zu wählen, dass sich am Ende eine annähernde Stationarität der Salzkonzentrationen einstellt und die Ergebnisse mit den gemessenen Daten vereinbar sind (Abschnitt 7.6). Die Kriterien numerischer Stabilität und Güte wurden, soweit mit dem Vergleichsmodell möglich, geprüft. Fehlende Auswertungen entsprechender Stabilitätskriterien im Modell der Antragstellerin werden in [61] aufgezeigt. Die Güte der angepassten Kalibrierung ist anhand einer Plausibilitätsprüfung der resultierenden Parameter und der Kalibrierungsergebnisse bewertet worden Aufbau des Vergleichsmodell ( Prüfmodell ) Das 3-dimensionalen SPRING-FE-Vergleichsmodell wurde im Prüfungszeitraum auf Basis der in den analogen Modellunterlagen [3] und visuell zugänglichen binärer Daten abgebildeten und mit Hilfe der von der TLUG aus unterschiedlichen Datenquellen aus Hessen und Thüringen zusammengestellten Grundlagendaten durch den Prüfer delta h erstellt. Die Modelldaten (Modellränder, Randbedingungen, k f -Wertverteilung, Schichteinteilung..) des Vergleichsmodells entsprechen, soweit rekonstruierbar, somit größtenteils den Daten, welche auch dem Modellstand Werra-Kali 60 zu Grunde liegen (Details s. [61]). Unter Umständen vom Modellstand Werra-Kali 60 differierende Datengrundlagen sowie die Randbedingungen und Modellabbildungen werden in [61] (Abschnitt 2) beschrieben und erläutert (vgl. [15]). Die Prüfergebnisse basieren somit u. a. auf einer Gegenüberstellung der übergebenen Modellergebnisse aus Werra-Kali 60, z. B. dokumentiert im Modellbericht [3], mit dem durch delta h erstellten Vergleichsmodells. Durch dieses Vorgehen konnten u. a. auch die Prüfergebnisses aus [63] und [60] noch einmal verifiziert und teilweise erweitert werden. 7.6 Exemplarische Modellergebnisse des Vergleichsmodells In [61] wird noch einmal betont, dass das Vergleichsmodell von delta h im Rahmen der durchzuführenden Prüfarbeiten als Werkzeug zur Untersuchung der Auswirkungen einzelner Einflussgrößen, Prozesse oder Parameter eingesetzt wurde. Die in [61] dargestellte Ergebnisse der mit dem Vergleichsmodell berechneten flächenhafte Konzentrationsausbreitung unter Berücksichtigung der Dichte mit den in [3] visuell aufgeführten Ergebnissen zeigt regional vergleichbare Ergebnisse. Das SPRING Vergleichsmodell berechnet jedoch stärkere Konzentrationsgradienten und schärfer abgrenzbare Konzentrationsflächen (vgl. auch [17] Abschnitt , 4. Anstrich; [63]). Diese Unterschiede sind entscheidend für notwendige orts- und zeitdiskreten Anforderungen an die Betrachtungen zur Salzabwasserausbreitung in lokalen und regionalen Skalenbereichen (s. u.). Seite 14 von 47

15 In [61] werden Unterschiede der lokalen Salzkonzentrationsausbreitung, z. B. im SW der Modelle (Werra-Kali 60 zeigt mit zunehmender Tiefe großflächig verbreitete Salzkonzentrationen, während das Vergleichsmodell keine Verbreitung ausweist) identifiziert. Diese werden auf die in Werra-Kali 60 angesetzte Anfangskonzentrationsverteilung zurückgeführt. Somit ist die berücksichtigte Anfangskonzentration ein wichtiger Bestandteil der Berechnung und der zu treffenden Prognosen und kann darf nach [61] daher nicht als reiner Kalibrierparameter angesehen werden (s. u.). Durch instationäre Berechnungen mit dem Vergleichsmodell besteht die Möglichkeit, Grundwassermengen, welche durch die geringleitenden Einheiten des hangenden Zechsteins Obere Letten/Bröckelschiefer im Werratal infolge der seit 1925 andauernden Versenktätigkeit aufströmen, zonar zu bilanzieren [61]. Ungeachtet der bilanzierten Mengen und Dynamik ist eine vergleichbare Bilanzierung mit dem Modell Werra-Kali 60 (und 46) nicht vorgenommen bzw. nicht in [3], [49] bzw. [65] dargestellt worden. Es wird eingeschätzt, dass erst eine vollständige Massenbilanzierung die Sensitivität der numerischen und physikalischen Parameter und Parametereigenschaften des Modells zeigen würde. Diese ist von der AS nachzureichen (vgl. [15]). Die auch in Thüringen höher flächendifferenziert vorliegenden Grundwasserneubildungsraten wurden mit dem Vergleichsmodell zusätzlich getestet, stellten sich jedoch als nicht sensitiv in Bezug auf die Modellergebnisse heraus [61]. Die mittlere Grundwasserneubildung für das Modellgebiet liegt unter Berücksichtigung der höher aufgelösten Flächendifferenzierung bei 140 mm/jahr [61]. Mit dem Modell Werra-Kali 60 [3] wurden räumliche Anfangssalzverteilungen lediglich anhand weniger Messdaten fachlich abgeleitet und verwendet. Grundlage hierfür sind u. a. Aussagen aus [49] (S. 125), dass der Umsetzung einer über lange Zeiträume stabilen Hintergrundkonzentration modelltechnische Grenzen gesetzt sind und die Implementierung im GW-Modell [hier für Werra- Kali 46] nicht ohne weiteres möglich ist. Diese Vorgehensweise hat zwar den Vorteil, dass dabei die ohnehin spärlichen Messdaten relativ gut abgebildet und zu Kalibrierungszwecken genutzt werden können, ist jedoch kritisch zu bewerten (s. u.). In [61] wird hierzu eingeschätzt, dass ein entscheidender Nachteil dieses Vorgehens darin besteht, dass die ermittelte Anfangssalzverteilung mit großer Wahrscheinlichkeit nicht in einem quasistationären Gleichgewicht mit der regionalen Strömungssituation des Grundwassermodells steht. Solche Prozesse werden von der in [49] (Abschnitt 2.7) auch beschrieben und gelten grundsätzlich auch für Werra Kali 60 [3]. Ein alternativer und praktikabler Berechnungsansatz wird in [61] exemplarisch aufgezeigt. Hierbei wird die Anfangskonzentration unter quasi-stationären Strömungsbedingungen und plausiblen Annahmen zum Salzeintrag (geogene Salzeinträge finden an der Basis des Plattendolomits im Bereich der inneren und äußeren Salzhänge und in Subrosionszonen statt) mit dem Vergleichsmodell berechnet. Im Ergebnis einer instationären Transportberechnung wird in [61] gezeigt, dass ein nach Jahren berechneter Zustand eine annähernd stationäre Salzverteilung im Modellgebiet aufweisen kann. Modellrechnungen, die mit quasistationären Anfangsbedingungen starten, bilden ausschließlich dynamische Veränderungen in den Salzkonzentrationen ab, die durch die veränderten Randbedingungen (hier Salzabwasserversenkung) hervorgerufen werden. Steht die Anfangsbedingung nicht im Gleichgewicht mit der Strömungssituation, wird das Modell auch Entwicklungen hin zu dieser Gleichgewichtssituation zeigen, die vom Versenkgeschehen unabhängig sind. Zusammenfassend ist aufzuzeigen [61]: Die Aussage der AS aus [49], dass einer Berechnung von stabilen Anfangskonzentration modelltechnische Grenzen gesetzt sind und die Implementierung in einem GW-Modell nicht ohne weiteres möglich ist, ist als nicht sachgerecht zu bewerten (s. u.). Auf die Möglichkeit einer rechnerischen Nachbildung geogener Anfangskonzentrationen wurde in den Modellversionen der AS grundsätzlich verzichtet und, z. B. für den modellstand Werra-Kali 60 [3], nicht sachgerecht erläutert, warum diese Art von Berechnungen, nicht durchgeführt worden sind. Seite 15 von 47

16 Es ist technisch jedoch ohne Probleme möglich, mit einer angemessenen Modelllaufzeit (in [61] ca a) quasistationäre Ausgangsverteilung der geogenen Mineralisation im Grundwassersystem zu berechnen. Die auf dieser Basis erfolgte Berechnung von Anfangskonzentrationen entspricht auch bei komplexen numerischen 3D-Modellen dem Stand der Technik und weist entscheidende Vorteile gegenüber abgeschätzten Anfangsbedingungen auf und sollte somit auch Grundlage für die anzusetzenden Anfangskonzentrationen bei Grundwasserströmungs- und Transportmodellen im Werra-Kaligebiet und somit auch im Modell Werra-Kali 60 [3] und seiner Vorgängermodelle sein [61]. In Erweiterung unseren Empfehlungen aus [82] wird für künftige Modelle eine Berechnung der Anfangskonzentration (ggf. auch für Chloridverteilung) auf dieser Grundlage grundsätzlich empfohlen. 7.7 Allgemeine Beurteilung der Modellqualität Modelltechnische Prozessapproximation In diesem Abschnitt werden Ergebnisse der gutachterlichen Untersuchungen aus dem Gutachten der Fa. delta h [61] zusammengefasst. Hiermit werden die in der Stellungnahme der TLUG von September 2016 aufgeführten weiterhin vollumfänglich gültigen Prüfergebnisse, insbesondere zu den Themenbereichen Ungesättigte Zone, Hangquellen sowie zur Modellimplementierung vorhandener Rückstandshalden ([15], Abschnitt und [17]), fortgeschrieben und ergänzt. Da im num. Modell Werra-Kali 60 [3] und in seinen Vorgängerversionen die im hydrogeologischen Modell enthaltenen Störungen zu großen Teilen nicht integriert sind, wurden mit Vergleichsrechnungen die Wirksamkeiten ausgewählter Störungszonen, welche als Bereiche mit größerer Durchlässigkeit im Bröckelschiefer/Obere Letten (z7b) definiert wurden, mit dem -Vergleichsmodell untersucht. Anhand angepasster Untersuchungs- bzw. Darstellungsmethoden (maximale Flächenkonzentrationen in unterschiedlichen Betrachtungshorizonten) wird hieraus in [61] abgeleitet, dass es lokal zum vermehrten Aufstieg salzhaltiger Wässer aus dem Versenkhorizont Leinekarbonat in den Unteren Buntsandstein im Vergleich zur Berechnung ohne aktivierte Störungen kommen kann. In Teilbereichen können erhöhte Salzkonzentrationen auch bis in den oberen Modellschichten (GW-Oberfläche) im Modell berechnet werden, wenn Störungssysteme anders parametrisiert werden. In [61] wird somit begründet abgeleitet, dass notwendige Sensitivitätsuntersuchungen (ggf. Parameterstudien) in den potentiellen Aufstiegsbereichen (Störungszonen, z. B. im Ulstertal, bzw. am Salzhang etc.) mit dem Modell Werra-Kali 60 nicht umfassend durchgeführt bzw. dargestellt worden sind. Da potenzielle Störungs- bzw. Aufstiegsbereiche nicht bzw. nur ungenügend durch Messstellen (z. B. im Unteren Buntsandstein) überwacht werden, können mögliche Beeinflussungen des Grundwasserleiters Buntsandstein auch mit den Modellergebnissen aus Werra-Kali 60 [3] nicht ausgeschlossen werden. Mit dem Vergleichsmodell wurden im geologischen Ausstrich des Leinekarbonats im Modell Werra-Kali 60 [3] Bereiche identifiziert, welche sehr geringe Mächtigkeiten aufweisen ([61], Abschnitt 2.4). Hier steht die vertikale Ausdehnung der Elemente gegenüber der verwendeten horizontalen Netzdiskretisierung in einem Missverhältnis. Um dies zu vermeiden, müsste horizontal deutlich feiner diskretisiert werden, was im Modell Werra-Kali 60 per se nicht möglich ist und auch zu einer überproportionalen Verlängerung der Rechenzeit führen würde. Diese Bereiche weisen gleichzeitig eine deutlich geringere Transmissivität des Aquifers auf, was sich in den vergleichsweise hohen Strömungsgradienten widerspiegelt. Die Grundwasserneubildung wird hier direkt durch das dichte Gewässernetz abgeführt und ist somit für das übrige Modellgebiet bilanztechnisch nicht wirksam. Die geringmächtigen Bereiche verursachen zudem numerische Instabilitäten [60], der aufgrund der genannten Bilanzneutralität sinnvollerweise durch eine Verkleinerung des Modellgebietes um diese Bereiche entgegengewirkt werden kann [61]. Hierdurch reduziert sich, im Gegensatz zum alternativen Vorgehen einer deutlichen Netzverfeinerung, die Rechenzeit bei gleichzeitiger Erhöhung der numerischen Stabilität. Seite 16 von 47

17 Beim Modell Werra-Kali 60 kommt, wie auch bei den Vorgängermodellen, verschärfend hinzu, dass nicht mit der Methode der auslaufenden Schichten gerechnet wurde (obwohl mit aktuelleren FEFLOW-Programmversionen nach Herstellerangaben vermutlich möglich gewesen wäre), sondern durch sehr geringmächtige mitlaufende Schichten außerhalb der jeweiligen geologischen Verbreitungsgrenzen die Instabilität noch erhöht wird Auswirkungen auf Trinkwasservorkommen Die aktuell zur Risikoanalyse bzw. -abschätzung der Sicherheit von Wassergewinnungsanlagen (WGA) vorgelegten Unterlagen ([29], [27]) und Modellergebnisse [3] zeigen, dass die mit dem Grundwassermodell Werra-Kali 60 durchgeführte Modellberechnung die Entwicklungen der Gesamtmineralisation in Schutzzonen deutlich unterschätzen (z. B. bei hessischer WGA im Ulster Einzugsgebiet [42], [3]). Diese sind somit für prognostische lokale Beurteilungen der Grundwasserbeschaffenheit (Chloridwertentwicklung) nicht belastbar ([3], [61]) und somit ungeeignet. Aus diesem Grunde wurden durch die K+S und den hessische Behördengutachter unterschiedliche Mischungsberechnungsansätze für die Bestimmung der Cl-Konzentration in den jeweiligen Einzugsgebieten durchgeführt (z. B. [26], [14]). Diese zeigen jedoch differierende Ergebnisse und führen zu zusätzlichen und nach [61] unnötigen Unschärfen bei den Beurteilungen von prognostischen Chloridwertentwicklungen, insbesondere in Einzugsgebieten von Wassergewinnungsanlagen. Angesichts der Relevanz möglicher Überschreitung der zulässigen Chloridwerte in Wasserfassungen sind diese Unschärfen nicht hinzunehmen [61]. Die zur Analyse des Risikos für Wassergewinnungsanlagen (WGA) in [3] durchgeführte Methode einer reinen Gegenüberstellung festgesetzter bzw. in den Untergrund projizierter Trinkwasserschutzzonen und der berechneten bzw. prognostizierten Konzentrationsverteilung ist nach [61] weder ausreichend noch Stand der Technik (vgl. DVGW Arbeitsblatt W 101, Juni 2006). Die untere Begrenzung der (zweidimensional) in die Tiefe projizierten Wasserschutzgebiete ist fachlich nicht nachvollziehbar, da der Kluftgrundwasserleiter Buntsandstein regional als nicht unterteilt werden kann. Die Einzugsgebiete von Wassergewinnungsanlagen unterliegen, auch bedingt durch die vorgenommene Versenkung, einer Instationarität (vgl. DVGW Information Wasser 83, April 2017), welche nur durch weiterführende Verfahren (mit prognosefähigen Modellen) abgebildet werden könnte. Ein solches Verfahren, nämlich eine invertierte Strömungsberechnung zur Analyse des Einzugsgebiets eines Brunnens (bzw. einer WGA) wird in [61] anhand des SPRING-Vergleichsmodell methodisch abgeleitet (vgl. [66], [68], [69]). Ein Ergebnis der Berechnung mit invertierter Strömung ist die Berechnung der Wahrscheinlichkeit des Eintreffens von Grundwasser an einem vorgegebenen Ziel, das dem Bereich entspricht, für welche Salzkonzentrationen im Rahmen der durchgeführten dichteabhängigen Stoffausbreitung ermittelt wurden. Es wird empfohlen, methodisch geeignete und sachgerecht an die Problemstellung angepasste Verfahren zu Risikoanalysen, insbesondere von Wasserfassungsanlagen im Werra- Kaligebiet anzuwenden. Die bisher vorgelegten Untersuchungen zur Bewertung der Sicherheit von Wassergewinnungsanlagen sind nicht bzw. nur unzureichend geeignet, quantitative, prognostische Aussagen über ein Gefährdungsrisiko unter Einbeziehung hydraulischer Kriterien zu erlangen (vgl. [61]). Im Bericht zum Modell Werra-Kali 60 ([3] Abschnitt 3.2.1) wird selbst durch die AS darauf hingewiesen, dass eine Chloridwertermittlung aus der prognostizierten Gesamtmineralisation nicht korrekt ist. In diesem Zusammenhang wird [3] auf die Notwendigkeit von Multikomponentensimulationen, wie schon in früheren Modellständen der AS durchgeführt [66], hingewiesen. Als Voraussetzung hierzu wird im Übrigen die Ableitung der Initialverteilung für die Chlorid-Anfangskonzentration im Buntsandstein etc. betont (s. u.). Eine solche Berechnung wäre nach Auffassung der AS auch schon mit dem vorhandenen Modell möglich gewesen und wurde nur aufgrund eines vom Hessischen Ministerium für Umwelt, Klimaschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (HMUKLV) vorgegebenen Zeitplans unterlassen ([3], S. 95). Seite 17 von 47

18 Prinzipiell war nach DHI-Wasy/K+S [3] eine Multikomponentenrechnung notwendig, um die Chloridwertermittlung im Deckgebirge des Werra-Kaligebiets mit einem Grundwassermodell (hier Werra-Kali 60) nachzubilden. Diese Auffassung wird fachlich auch durch delta h in [61] geteilt. Diese Berechnungsmethode wurde jedoch aus fachlich nicht nachvollziehbaren Gründen nicht durchgeführt. Ein in [3] als Grund hierfür aufgeführter Zeitmangel ist bei einer seit 2011 andauernden Modellbearbeitung u. E. kein ausreichender Grund, den fachlich erforderliche Berechnungsansatz nicht zu verfolgen, zumal seit 2009 die Notwendigkeit einer Multikomponentenberechnung offenkundig war (vgl. [61], [66]). Es wird ergänzend zu [82] empfohlen, fachliche notwendige Multikomponentenberechnungen, auch nachträglich, mit einem qualifizierten, prognosefähigen GW-Modell durchzuführen Numerische Prozessapproximationen und Stabilität Die Beurteilung von numerischen Prozessapproximationen aus [63] (Abschnitt in [17], und [15], insbesondere zur numerischen Dispersion, sind auch nach Prüfung der ergänzenden Unterlagen [3] und Daten weiterhin vollumfassend gültig [61]. In [61] wird das auch in Werra-Kali 60 weiterhin angewendete Upwind-Verfahren so beurteilt, dass damit künstliche Dispersionen in Fließrichtung erzeugt werden, in deren Folge Oszillationen unterdrückt werden. Somit können zwar unter bestimmten Bedingungen genauere Ergebnisse erzeugt werden, bei mehrdimensionalen Modellen mit sehr verzerrten Elementen führt die Verwendung von Upwind-Verfahren jedoch zu einem Verschmieren der Konzentrationsfront, was in den Ergebnissen und Ausführungen in [3] selbst mehrfach beobachtet bzw. einschränkend bewertet wird. Insgesamt ist das Modell Werra-Kali 60 somit weiterhin (vgl. [63]) methodisch, aufgrund der starken Überprägung durch die numerische Dispersion des Upwind-Verfahrens nicht in der Lage, die Charakteristik der Salzausbreitung ausreichend wiederzugeben. In [61] wurden zur Untersuchung der numerischen Stabilität des Modellstandes Werra-Kali 60 weiterführende Untersuchungsergebnisse aufgeführt. Mathematische Modellansätze Die mathematische Beschreibung der Strömung im Modell Werra-Kali 60 erfolgt über das Darcy`sche Fließgesetz, das über die Durchlässigkeit einen linearen Zusammenhang zwischen dem Potentialgradienten und der über das poröse Medium gemittelten Fließgeschwindigkeit herstellt. Die Gültigkeit dieses mathematischen Modellansatzes sollte nach [61] in Bezug auf zwei Systemkomponenten in Frage gestellt werden. Für ein poröses Mediums ist die Gültigkeit des Darcy schen Fließgesetzes hinsichtlich der Durchklüftung des Buntsandsteins in Frage zu stellen. Bereits von den Gutachtern Wolfgang Schäfer [12] und dem Büro HG ([27], [78]) wurde darauf hingewiesen, dass Kluft-Matrix-Effekte das Grundwasserströmungs- und Transportgeschehen im Werra Kaligebiet prägen.. Mit dieser Erkenntnis werden Diskrepanzen zwischen Messung und Berechnungen der diffusen Austräge erklärt [95]. In [95] wird festgestellt, dass die Nutzung des Darcy-Ansatzes nur im regionalen Modellmaßstab gültig ist (s. Abschnitt 7.1, vgl. [77]). Es ist in diesem Zusammenhang weiterhin fraglich, ob die grundsätzlichen Zielstellungen des GW-Modells, in dem orts- und zeitdiskrete Aussagen auch für geringere Skalenbereiche notwendig sind (vgl. Abschnitt 7.1), durch die Verwendung eines Einkontinuumansatzes überhaupt erreicht werden können oder ob Kluft-Matrix-Ansätze methodisch zielführender sind. Da dieses letztendlich zu Änderungen konzeptioneller hydrogeologischer Modellansätze führen wird, die mit erhöhtem Erkundungsaufwand für Eingangsparameter verbunden sind, wird empfohlen, die in [15], [17] sowie in Abschnitt 10 (vgl. [60], [61]) zusammengefassten Empfehlungen zur Verbesserung des GW-Modells zu beachten und kurzfristig umzusetzen. Seite 18 von 47

19 Nach [61] ist der Gültigkeitsbereich des Darcy schen Fließgesetzes unter anderem in Abhängigkeit vom Potentialgefälle i und dem durchschnittlichen Korndurchmesser d definiert. Die Durchlässigkeit eines Mediums ist signifikant abhängig vom Korndurchmesser, Kornverteilung und Packungsdichte. Tone liegen bestenfalls im prälinearen Bereich, in dem die Fließgeschwindigkeit nicht mehr linear von dem Potentialgradienten abhängt. Von der GRS [79] wird die Untersuchung von Opalinuston im Felslabor Mont Terri beschrieben (gemessene Durchlässigkeit: 2*10-14 bis 1*10-12 m/s), was zu der Feststellung führt, dass für Potentialgradienten <1 das Fließverhalten nichtlinear ist. In [80] wird festgestellt, dass mineralische Dichtschichten bei einer gesättigten hydraulischen Leitfähigkeit von < 5*10-9 m/s (DK I und DK II) bzw. < 5*10-10 m/s (DK III), gemessen im Labor bei hydraulischem Gefälle von i = 30 bezüglich des Strömungsverhaltens im prälinearen Bereich liegen. Bei Ansatz des Darcy schen Fließgesetzes kann davon ausgegangen werden, dass die Fließgeschwindigkeit in im Geringleiter Obere Letten/Bröckelschiefer (10-12 m/s) deutlich überschätzt wird. Gleichzeitig führen die Veränderung/Anpassung der Materialparameter dieser Schichteinheit im Modell Werra-Kali 60 [3] zur weiteren Verschlechterung der Konditionszahl [61]. Diskretisierungseinfluss auf die Salzwasserausbreitung Die Salzabwasserausbreitung in den Aufstiegszonen folgt komplexen Mechanismen, deren Abbildung numerisch sehr sensitiv ist. Daher ist die Diskretisierung dieser Bereiche von entscheidendem Einfluss auf die Abbildbarkeit der auftretenden Mechanismen. Im Rahmen der Untersuchung des Einflusses der Diskretisierung auf die Salzwasserausbreitung in Werra-Kali 60 wurden in [61] unterschiedliche Netzverfeinerungen hinsichtlich ihrer numerischen Stabilität und ihrer Abbildung der Prozesse der dichteabhängigen Grundwasserströmung verglichen. In [61] (Abschnitt 3.3) wird die Notwendigkeit einer horizontalen und vertikalen Netzverfeinerung noch einmal erläuternd aufgegriffen und die sich bei verfeinertem Netz einstellenden Ausbreitungsvorgänge, ohne deren Abbildung keine ausreichende Prognosesicherheit erreicht werden kann, aufgezeigt. Die Qualität des dreidimensionalen Elementnetzes hat einen signifikanten Einfluss auf die Ergebnisse der numerischen Simulation. Ein schlechtes Elementnetz verursacht numerische Probleme, die zu Konvergenzproblemen des iterativen Gleichungslösers (es müssen spezielle Vorkonditionierer eingesetzt werden) und zu divergierendem/fehlerhaftem Verhalten der lokalen Massenbilanz führen. Andererseits beeinflussen verschiedene Faktoren schon während der Netzgenerierung die Qualität des Netzes negativ, weshalb es erstrebenswert ist, die Probleme schon vor der FE- Berechnung zu beheben. Die Geometrie des 3D-Elementnetzes kann nach [61] durch das Verhältnis der minimalen zur maximalen Determinante der Jakobimatrix beurteilt werden: Dieses Verhältnis für jedes Element liegt in einem Wertebereich von 0 bis 1. Nach [61] werden für die Grenze zwischen qualitativ guten und schlechten Elementen Werte von >0,5 angesetzt und häufig als Schwelle zwischen akzeptablen und nicht akzeptablen Elementen betrachtet. Elemente mit kleineren Werten werden als schlecht bezeichnet [70]. Anhand der in [61] detailliert aufgeführten und erläuterten Analysen wird nachgewiesen, dass das Modell Werra-Kali 60 [3] nur ca. 3,9 % akzeptable Elemente aufweist. Das Elementnetz im GW-Modell Werra-Kali 60 [3] wird wiederum als schlecht bewertet. Es weist nach den o. g. Kriterien von [61] < 4% akzeptabler Elemente auf und kann somit die maßgeblichen Prozesse bei der Salzabwasserausbreitung im Modell weiterhin schlecht bis gar nicht abbilden. Eine hinreichende Prognosesicherheit ist mir einem solchem Modellnetz nicht zu erwarten. Seite 19 von 47

20 Auswirkung der Netzdiskretisierung auf die Stoffausbreitung In [60] und wiederum in [61] werden unterschiedliche horizontale und vertikale Netzverfeinerungen hinsichtlich ihrer numerischen Stabilität und ihrer Abbildung der Prozesse bei der dichtabhängigen und dichteunabhängigen Grundwasserströmung und konzentrationsverteilung untersucht. Die Ergebnisse von dichteabhängigen Berechnungen des Vergleichsmodells werden denen mit dem Modell Werra-Kali 60 gegenübergestellt. Da die dichteabhängige Berechnung zudem signifikant von der Güte der Netzdiskretisierung abhängt, werden verschiedene Netzdiskretisierungsstufen mit dem Vergleichsmodell nachgebildet und deren Einfluss auf das Ergebnis der Transportberechnung aufgezeigt [61]. Am Beispiel von 2D-Darstellungen werden in [61] die Auswirkungen der Netzverfeinerung und der Dichteabhängigkeit aufgezeigt. Die dichteunabhängig durchgeführten Berechnungen (Süßwasserberechnung) sind dadurch charakterisiert, dass der Aufstiegsbereich schlank ist und die Ausbreitung im Buntsandsteingrundwasserleiter abseits des Werratals nur sehr gering infolge des diffusiven Transports durch die Einheit Bröckelschiefer/Obere Letten nahe der vorgegebenen Austrittstelle aus dem Leinekarbonat erfolgt. Diese Berechnung ähnelt sehr den Berechnungsergebnissen aus Werra-Kali 60 [3], wo durch die Nutzung des Upwind-Verfahrens sehr engständige Aufstiegsbereiche hochmineralisierten Salz(ab)wassers innerhalb des Werratals erzeugt werden. Die Grundwasserpotenzialverteilung der Umgebung wird durch diese enge Salzabwasseraufstiegszone kaum beeinflusst. Diese Nachbildung ist aus diesem Grund nach [61] wenig plausibel. Im Gegensatz dazu breiten sich bei den dichteabhängigen Berechnungen Salzkonzentrationen auch auf der Oberfläche der Einheit Obere Letten/ Bröckelschiefer verstärkt in Richtung des Gefälles der Oberfläche des Grundwassergeringleiters auch abseits des Werratals aus. Diese sind durch einen von Konvektionsprozessen und Gravitation überprägten dichteanhängigen Transport angetrieben. In [61] werden zudem deutliche Unterschiede zwischen den Berechnungen mit 20 und 60 Elementschichten identifiziert. Bei einer feineren Netzdiskretisierung wird eine stärkere Ausbreitung auf der Oberfläche des Grundwasserstauers Oberer Letten/Bröckelschiefer (d. h. im tieferen Bereich des Grundwasserleiters Unterer Buntsandstein ) bewirkt. Dieses führt dazu, dass hierdurch (im Gegensatz zur Berechnung von 20 Modellschichten, bei der numerische Effekte die Konzentrationsverteilung beeinflussen) eine schlüssige, großräumigere Verteilung der Salzkonzentrationen im Unteren Buntsandstein angetrieben wird, welche somit beispielweise bei der Gefährdungsbewertung von Trinkwasservorkommen einbezogen werden muss [61]. Die mit dem Vergleichsmodell simulierten Vorgänge im Bereich der untersuchten Aufstiegszone im mittleren Werratal zeigen im Grundwasserleiter Buntsandstein deutlich weiträumigere Ausbreitungsvorgänge als in [3] berechnet. Der mit dem Modell Werra-Kali 60 nachgebildete schmale Aufstiegsweg von hohen Salz(ab)wasserkonzentrationen im Bereich der Werra bildet die horizontale Ausbreitung im Buntsandstein aufgrund der nicht problemorientiert verwendeten Netzdiskretisierung und numerischen Methoden nicht ab und ähnelt in seiner Ausbildung (aufgrund der Nutzung des Upwind-Verfahrens) eher den Berechnungsergebnissen dichtunabhängiger Süßwasserberechnungen [61]. Eine Verdichtung des Grundwassermessnetzes zur Untersuchung/Beobachtung dieser Ausbreitungsvorgänge, insbesondere südlich und westlich des Werratals (Abschnitt 6), wurde bereits in [60] und [15] empfohlen. Sämtliche in [15] (Abschnitt ) für das Modell Werra-Kali 46 aufgeführten Prüfungsergebnisse, insbesondere o dass die Ausbreitung der Salzabwässer im Unteren Buntsandstein auf der Oberfläche des Geringleiters nicht ausreichend abgebildet wird und damit zu einer Unterschätzung der Aufsalzung führen kann, o dass die Netzdiskretisierung im Modell Werra-Kali 60 [3] weiterhin ungenügend an die Fragestellungen angepasst worden ist sowie o dass gravitativ beeinflusste horizontale und konvektive Strömungsanteile innerhalb bzw. im Umfeld von Entlastungszonen mit dem vorliegenden Modell [3] weiterhin Seite 20 von 47

21 nicht beachtet werden, jedoch einen maßgeblichen Einfluss auf die Salzabwasserverteilung im Grundwasserleiter Buntsandstein haben können, gelten somit auch für den Modellstand Werra Kali 60 [3] uneingeschränkt weiter [61]. Die Berechnungen des Modells Werra-Kali 60 liegen nach wie vor nicht auf der sicheren Seite, wodurch auch die Prognosefähigkeit des Modells nicht gegeben ist. Einen großen Stellenwert für das Modell Werra-Kali 60 und seine Vorversionen nahm die Massenbilanz- bzw. Plausibilitätskontrolle der am Pegel Gerstungen ermittelten diffusen Einträge in die Werra mit den Simulationen an dieser Stelle ein. Anhand der in unterschiedlichen Zonen entlang der Werraaue über den gesamten Zeitraum der Versenkung simulierten diffusen Eintragskonzentrationen werden in [61] die Auswirkung unterschiedlicher Modelldiskretisierungen und der Dichteabhängigkeit auf deren zeitliche und räumliche Verteilung untersucht. Da solche Untersuchungen im Rahmen des Modells Werra-Kali 60 [3] nicht dokumentiert wurden, ist hierzu das Vergleichsmodell eingesetzt worden. In [61] werden maximale Konzentrationen der diffusen Einträge in vier Werra-Aufstiegszonen bei unterschiedlich wirksamem Dichte- und Diskretisierungseinfluss gezeigt. Insbesondere in einer Betrachtungszone zwischen Philippsthal und dem Zellersbach in Hessen (Zone 2) und zwischen Dorndorf und der Landesgrenze Hessen/Thüringen (Zone 3) ist der Einfluss der Diskretisierung auf den diffusen Eintrag in die Werra groß. Im Vergleich der berechneten Chloridgesamtbilanzen von diffusen Einträgen am Pegel Gerstungen stellen sich diese Unterschiede so deutlich nicht dar. Dadurch, dass sich die vertikale Netzverfeinerung in den verschiedenen Betrachtungszonen unterschiedlich zur gröberen Diskretisierung verhält (in Zone 1, 2 und 4 unterschätzt die gröbere Diskretisierung die Konzentration, in Zone 3 wird die Konzentration überschätzt), nähern sich die Bilanzsummen am Pegel Gerstungen bei den Diskretisierungen aneinander an (vgl. [61]). Somit wird in [61] u. a. gezeigt, dass max. Konzentrationen der diffusen Einträge in Abhängigkeit von der jeweiligen Netzdiskretisierung variieren können. Erst bei feinerer Netzdiskretisierung und dichteabhängig gerechnetem Stofftransport können maßgebliche Transportprozesse im Grundwasser und Einträge in das Oberflächenwasser räumlich und zeitlich aufgelöst und plausibel im Modell nachgebildet werden. Solche Annahmen, bzw. deren lokalen Ergebnisse, können sich jedoch bei einer Summation auch soweit egalisieren, dass lokale Effekte durch die Darstellung von Gesamtbilanzen nicht angemessen abbildbar sein können. Dies wird auch im direkten Vergleich des Modellergebnisses aus Werra-Kali 60 [3] und dem Vergleichsmodell [61] für das Jahr 2015 deutlich (siehe Anhang 2 dieser Stellungnahme). Der berechnete Aufstiegsbereich im Modell Werra-Kali 60 (Anhang 2, rechte Seite) ist schmal, die Isokonzentrationslinien verlaufen nahezu senkrecht. Im Vergleich dazu ist die Konzentrationsausbreitung, welche mit dem Vergleichsmodell berechnet wurde, deutlich gewölbter und wird erst nach oben hin schmaler (Anhang 2, linke Seite). Es ist erkennbar, dass der Dichteeinfluss mit feiner diskretisierten Modellen (z. B. mit dem -Vergleichsmodell) plausibel (Massenfluss in Richtung der geneigten Bröckelschieferoberfläche) und in dem Werra-Kali 60 Modell schlecht abgebildet wird (senkrechtstehende Isokonzentrationslinien). In letzteren gleichen die Transportwege eher einem dichteunabhängig gerechneten Grundwassermodell (Süßwassermodell, s. o.). Bilanzierung der Frachten der diffusen Austräge Für die diffusen Chlorideinträge in die Werra liegen bei Gerstungen seit mindestens Ende der 1940er Jahre gemessene Bilanzmengen vor. Die Ergebnisse der instationären Berechnungen wurden im Hinblick auf die diffusen Einträge in die Werra, welche durch Salzaufstieg über Bereiche der Auflockerung der Schichteinheit Bröckelschiefer/Obere Letten verursacht werden, mit dem Vergleichsmodell bilanziert [61]. Die direkte Vergleichsmöglichkeit der Modellergebnisse mit den gemessenen diffusen Einträgen wird jedoch dadurch erschwert, dass sowohl aus dem Modell Wer- Seite 21 von 47

22 ra-kali 60 als auch aus dem Vergleichsmodell, welches anforderungsgemäß die gleichen Eingangsparameter nutzt, lediglich die Gesamtmineralisation resultiert. Die durchgeführte Ermittlung der Chloridwerte erfolgt in beiden Modellen durch gleiche indirekte Umrechnungsmethoden, welche aber insgesamt nur als näherungsweise durchgeführte Ermittlung von Chloridfrachten zu bewerten ist. Aus diesem Grund gilt folgendes Fazit: Für die Nachbildung von sog. diffusen Austrägen, welche anhand von Chloridkonzentrationen bestimmt werden, ist die Verwendung eines Multikomponentenmodells essentiell notwendig (s. o.). Es wird, ergänzend zu den Anmerkungen aus [82] empfohlen, entsprechende Multikomponentenberechnung zur Ermittlung flächen- und zeitdifferenzierter Chloridkonzentrationen und -frachten zeitnah durchzuführen. Insgesamt wird festgestellt, dass der bereits oben diskutierte Einfluss der vertikalen Diskretisierung in Bezug auf die diffusen Chloridgesamtausträge, welche am Pegel Gerstungen gemessen werden, zwar gering ist (s. o.), innerhalb des Modellraumes jedoch entscheidende Transportprozesse, wie z. B. Konvektionszellen, nicht abgebildet werden. Die Bilanzmengen in Modell Werra-Kali 60 [3] zeigen, dass durch Anpassungen der Anfangskonzentrationsbedingungen von Modell Werra-Kali 46 zu Werra-Kali 60 der Gang der Chloridbilanzen nun zunächst besser wiedergegeben werden, obgleich die Spitze der Bilanzmengen zwischen 1975 und 1990 weiterhin nicht erreicht wird. Seit 1990 jedoch wird die Bilanzmenge deutlich (um bis zu 40%) überschätzt. Die schlechte Anpassung von Werra-Kali 60 in den letzten zwei Jahrzehnten [3] ist eine schlechte Grundlage für Prognosen der Chloridfrachten in der Zukunft. Die Überschätzung der Einträge in den Vorfluter liegt, im Gegensatz zu Bewertungen aus [3] und [12] nur scheinbar auf der sicheren Seite, da damit die Salzfracht im Untergrund und die potentielle Ausbreitung im Buntsandstein unterschätzt werden. Die im Grundwassersystem verbleibende Salzfracht wird die zukünftige Belastung jedoch entscheidend mitbestimmen. In [61] wird dargestellt, dass sich die diffusen Austräge nach 2010 zwar leicht stabilisiert haben, jedoch weiterhin schwanken. Die im Grundwassersystem verbleibenden Salzmengen steigen jedoch weiterhin leicht an. In Bezug auf das Modell Werra Kali-60 wird festgestellt: Eine vergleichbare ausführliche Darstellung und Bewertung der Berechnungsergebnisse der verbleibenden Salzmengen im Grundwasser des Werra-Kaligebiets fehlen in der Dokumentation zu Werra-Kali 60 [3], wären jedoch insbesondere im Vergleich der prognostischen Szenarien mit und ohne beantragter Versenkung notwendig gewesen [61]. Aus diesem Grund wurden in [61] die versenkten Gesamtsalzmengen und die berechneten Gesamtsalzfrachten der im Grundwassersystem verbleibenden kumulativen Salzmenge gegenübergestellt. Dabei zeigen sich für unterschiedliche vertikale Diskretisierungsdichten nur marginale Unterschiede (s. u). Bei Süßwasserberechnungen (idealer Tracer) ist Einfluss der feineren Netzdiskretisierung auf die Austräge in Gewässer und auf die Speicherung zwar etwas auffälliger als bei dichteabhängigen Berechnung, jedoch ebenfalls nicht entscheidend ist Die vertikale Netzdiskretisierung wirkt sich nur in untergeordneter Weise auf die Bilanzierung der Gesamtfracht in den Gewässern (Gesamtbilanzanteile) aus und ist sogar nahezu unabhängig vom Dichteeinfluss. Eine solche Bilanzierung ist daher zwar als Beleg für eine Abbildung der Gesamtbilanz notwendig, jedoch kein Nachweis für eine hinreichende modelltechnische Abbildung der (dichteabhängigen) Transportprozesse. Daher sollte der Austrag in die Gewässer als Bewertungskriterium der Kalibrierung des Modells Werra-Kali 60 nicht überschätzt und die absoluten Messwerte vorrangig betrachtet werden. Eine gute Anpassung, wie z. B. zwischen den gemessenen bzw. abgeleiteten Chlorid- Frachten in der Werra bei Gerstungen und den aus Modellrechnungen bilanzierten Chlorid- Seite 22 von 47

23 Frachten an diesem Punkt, ist kein ausreichendes Kriterium zur Bewertung der Qualität des Modells. Dieses ist im Hinblick auf sog. Mindestanforderung an das GW Modell 2013 [74] sowie zur Bewertung des Kalibrierungstandes des GW-Modells Werra-Kali 60 insgesamt zu beachten. Bei der modelltechnischen Abbildung der Prozesse, wie z. B. der räumlichen Salzausbreitung, kommt der Diskretisierung hingegen entscheidende Bedeutung zu ([61], Abschnitt 3). Die Ergebnisse der instationären Berechnung wurden in [61] im Hinblick auf die Wassermengen bilanziert, die in unterschiedlichen räumlichen Bereichen infolge der Auflockerung im Bröckelschiefer vertikal aufsteigen. Hierbei zeigen sich deutliche zeitliche und räumliche (lokale) Unterschiede in den Aufstiegsmengen und Geschwindigkeiten bei verschiedenen Diskretisierungsstufen. Zeitliche und räumliche Bilanzierungen der Salzwasserverbreitung und aufstiegsmengen wurde mit dem Modell Werra-Kali 60 nicht angemessen vorgenommen oder nicht dargestellt, wäre jedoch zur Modellbeurteilung notwendig gewesen. Erst eine vollständige Massenbilanzierung unter Einbeziehung lokalen Teilbilanzbereiche (vgl. [96]) zeigt die Sensitivität der numerischen und physikalischen Parameter und Parametereigenschaften des Modells. Konvektionszellen Im Grundwassersystem im Bereich der Werra kann es infolge von Dichteunterschieden unter Einwirkung der Gravitation nach [61] zur Bildung von Konvektionszellen kommen. Gleiche Massen unterliegen im Gravitationsfeld durch ihr unterschiedliches Volumen unterschiedlichem statischem Auftrieb. Durch die anfängliche Advektion in Richtung der Oberfläche überlagert teilweise Grundwasser größerer Dichte Schichten mit geringerer Dichte, was zu den instabilen Dichteschichtungen führt, welche die Konvektion ermöglichen. Es entstehen Konvektionszellen, innerhalb derer nach vorrangig vertikaler, dann horizontaler Strömung ein kreisförmiges Strömen auftritt (vgl. [61], [60]). Die Folge ist eine breitere Verteilung der Salzabwässer, die im konvektiven Strömen deutlich beschleunigt wird und zu einer weiter verstärkten und beschleunigten Salzaufsättigung im Unteren Buntsandstein oberhalb des Geringleiters Obere Letten/Bröckelschiefer führt und führen wird. Hierauf wurde auch schon in [60] hingewiesen. Die zu grobe Netzdiskretisierung des Modells Werra-Kali 60 [3] bildet maßgebliche Stoffausbreitungsprozesse wie z. B. Konvektionszellen und damit die verstärkte und beschleunigte Salzaufsättigung im Unteren Buntsandstein oberhalb des Geringleiters Obere Letten/Bröckelschiefer ([61], [60]) nicht ab. Zu ähnlichen Ergebnissen führen die in [61] detailliert beschriebenen Nachbildungen der horizontalen und vertikalen Verteilung der maximalen Konzentration an der Basis der Grundwasserleiter Leinekarbonat und Unterer Buntsandstein sowie der Grundwasseroberfläche (Näheres s. dort). Es wird zusammenfassen bewertet: Vor dem Hintergrund der Untersuchungen aus [61] wird die im Modell Werra-Kali 60 [3] vorgenommene Netzdiskretisierung insgesamt als unzureichend bewertet, da die Netzgenerierung nicht ausreichend an die eigentliche Fragestellung angepasst ist. Die Gesamtzahl der horizontalen Knoten wurde unnötig deutlich erhöht, indem die bekannten Störungen netzstrukturbildend berücksichtigt, jedoch zum überwiegenden Teil nicht parametrisiert wurden. Lediglich in wenigen bisher bekannten Aufstiegszonen wurden Störungen durch eine erhöhte Durchlässigkeit berücksichtigt. Innerhalb der Aufstiegszonen sollte der Knotenabstand zwischen 20 m und 35 m liegen, was nur in einem kleinen Bereich von ca. 6 km² der Gesamtfläche des Modells von 1218 km² notwendig ist. Außerhalb dieser Bereiche können die Abstände größer sein, so dass die Gesamtzahl der horizontalen Knoten nicht größer als sein muss. Die Modelle Werra-Kali 40 bis 60 bestehen aus rd. Seite 23 von 47

24 Knoten. Die große horizontale Knotenanzahl und die Mitführung der Modell- Schichten außerhalb ihres hydrogeologischen Verbreitungsgebiets führen zu unnötig hohen Rechenzeiten. Eine entsprechende Reduzierung würde aus rechenzeittechnischer Sicht Potenzial für die noch notwendige vertikale Netzverfeinerung freisetzen ([61], [60]). Das vertikale Netz wird dagegen als zu grob bewertet. Die im Modell Werra-Kali 40 bzw. 60 berücksichtigten Schichtmächtigkeiten liegen im Mittel bei 30 bis 50 m ([61], [60]). Das Ziel sollte hier ein Knotenabstand von höchstens 10 m in den Aufstiegsbereichen sein. Hingegen führt die verwendete Technik der vertikalen Diskretisierung mit einer Projektion des horizontalen Netzes ohne Verwendung auslaufender Schichten zu einer weiteren unnötigen Erhöhung von Knoten und zu einer Verschlechterung der Kondition der Koeffizientenmatrix (s. u.). Diese führt bei Werra-Kali 60 (und bei allen Vorgängermodellständen) zu einem schlechten numerischen Stabilitätsverhalten, dem wiederum mit der Verwendung des Upwind-Verfahrens entgegengewirkt wurde. Dies führt wegen der Dämpfung zu einer Verschmierung der Konzentrationsausbreitung. Die durchgeführte Sensitivitätsanalysen zeigen, dass die zu grobe vertikale Diskretisierung von Werra-Kali 60 in den Aufstiegszonen dazu führt, dass die Ausbreitung der Salzabwässer, u. a. im Unteren Buntsandstein auf der Oberfläche von Geringleitern, nicht ausreichend abgebildet werden kann und damit zu einer Unterschätzung der Aufsalzung des Buntsandsteins führt ([60], [61]). Kondition der Koeffizientenmatrix Die in [63] bereits aufgeführten kritischen Anmerkungen zu den Elementqualitäten im Zusammenspiel mit den Durchlässigkeiten des in [65] aufgeführten FEFLOW-Modells Werra-Kali 40 wurden in [60] und aktuell in [61] unter Berücksichtigung der Informationen zum Modell Werra-Kali 60 [3] noch einmal untersucht. Dabei wurde als Maß für die Kondition der Koeffizientenmatrix ein Verhältnis zwischen dem kleinsten und größten Eigenwert verwendet. Ist die Kondition der Koeffizientenmatrix schlecht, führt dies zu Stabilitätsproblemen der Lösung. Zwar ist bei impliziten Lösungsverfahren, wie dem in FEFLOW genutzten SUPG (Streamline-Upwinded Petrov-Galerkin Verfahren), die Stabilität gewährleistet, jedoch leidet die Problemlösungsstabilität bei schlechter Kondition der Koeffizientenmatrix dennoch. Notwendige Vorkonditionierungen, wie sie im Modell Werra-Kali 60 [3] und vorangegangenen Modellständen ([49], [65]) verwendet wurden, führen zu einer Verschmierung der Ergebnisse, d. h. steile Potentialgradienten oder Ausbreitungsfronten werden flacher und dafür breiträumiger abgebildet [71] und können sich unscharf auf prognostische orts- und zeitdiskrete Aussagen auswirken. Eine Verschlechterung der Kondition der Koeffizientenmatrix wird verursacht durch große Sprünge in den Materialparametern und schlecht proportionierte Elemente [72]. Die in den vorangegangenen Gutachten [63] und [60] bereits untersuchten Vorbehalte gegenüber den Elementqualitäten in Zusammenspiel mit den Durchlässigkeiten der Modelle der AS ([49], [65]) wurden in [61] analog untersucht (nähere Erläuterung zum Vorgehen s. dort). Es wird zusammenfassend aufgezeigt: Die Konditionszahl des Modells Werra-Kali 60 [3] hat sich im Vergleich zum Modellstand Werra-Kali 46 [49] noch weiter verschlechtert. Dieses ist vor dem Hintergrund zu sehen, dass das FEFLOW-Modell Werra-Kali 60 im Vergleich zu den in [60] und [61] untersuchten Referenz- bzw. Prüfmodellen sowohl bei homogenen als auch heterogenen Materialparameterverteilungen die deutlich ungünstigste Kondition der Koeffizientenmatrix aller untersuchten Modelle aufweist. Die Ursache für die noch weitere Verschlechterung der Konditionszahl ist nach [61] die Veränderung/Anpassung der Materialparameter der Schichteinheit Obere Letten/Bröckelschiefers im Modell Werra-Kali 60 [3]. Seite 24 von 47

25 Die in [61] dargestellten, weiterführenden Untersuchungen zeigen, dass die ungünstige Kondition zudem direkt auf das in den vorliegenden FEFLOW-Modellen ([3], [49], [65]) verwendete Prinzip der flächendeckend mitgeführten Elementschichtenzurückgeführt werden kann. Durch die Anwendung der Technik von numerisch auslaufenden Schichtenwürde sich die Kondition der Matrix deutlich (nach [61] um gut zwei Zehnerpotenzen) verbessern. Das Prinzip der auch numerisch auslaufenden Schichten, bei der Elemente einer hydrogeologischen Schichteinheit nur dort existieren, wo die entsprechende hydrogeologische Schichteinheit vorhanden ist [73], würde somit u. a. zu einer Reduzierung der Knotenanzahl und somit zu einer größeren numerischen Stabilität des Modells beitragen. Zusätzlich würde sich die Modellrechenzeit stark verkürzen, da sich auch die Anzahl der Freiheitsgrade reduziert. (Details in [61]). Eine Einsparung von Rechenzeit setzt Kapazitäten, z. B. für eine feinere vertikale Diskretisierung oder/und mehr Kalibrierungsiterationen frei, was wiederrum zu einer Verbesserung des numerischen Stabilitätsverhaltens führt [61]. Vor diesem Hintergrund ist fraglich, ob Modelllaufzeiten von ca. sechs Tagen als akzeptabel zu bewerten sind (vgl. [27]). Es ist festzustellen, dass die vertikale Netzdiskretisierung bei der dichteabhängigen Stofftransportberechnung eine entscheidende Rolle spielt. Diese wurde jedoch vor dem Hintergrund der Rechenbarkeit auch im Modell Werra-Kali 60 [3] zu grob gewählt. Gerade in den Aufstiegszonen gewährleistet eine ausreichende Netzdiskretisierung in vertikaler aber auch in horizontaler Richtung, dass sich ausbildende Konvektionszellen den horizontalen Transport des Salzabwassers im Grundwasserleiter Buntsandstein begünstigen. Die Berechnungen des Modells Werra-Kali 60 liegen nicht auf der sicheren Seite. Auf dieser Grundlage wird weiterhin eingeschätzt (vgl. [60], [17]), dass das Modell Werra-Kali 60 und sein Vorgängerversionen methodisch, hinsichtlich der verwendeten (systemimmanenten) Diskretisierungstechnik und aufgrund der starken Überprägung durch die numerische Dispersion des o. g. Upwind-Verfahrens nicht in der Lage ist, die Charakteristik der Salzausbreitung ausreichend wiederzugeben. Fazit Anhand der Vergleichsrechnungen mit dem von delta h aufgestellten Modell wird deutlich, dass im 3D-Grundwasserströmungs- und -transportmodell der Antragstellerin (Werra-Kali 60) weiterhin konzeptionelle, numerische Defizite vorliegen, welche das aufgestellte Modellkonzept in Hinblick auf die Diskretisierung grundsätzlich in Frage stellen [61]. 7.8 Prüfung der Kalibrierung Stationäre Kalibrierung Die Beurteilung der stationären Kalibrierung aus [63] (vgl. Abschnitt in [17]) ist auch nach Prüfung der ergänzenden Unterlagen [49] und Daten (vgl. [60]) und unter Einbeziehung von [76] weiterhin vollumfassend gültig. In [60] ist zusätzlich geprüft worden, ob die Aussage aus [76], dass die im gültigen Technischen Regelwerk DVWG W 107 A [75] zitierten Prüfkriterien nur bei kleinräumigen Modellen anzuwenden sind und für das 3D-Großraummodell nicht zu erfüllen waren, korrekt ist. Diese Einschränkungen konnten jedoch in [75] nicht recherchiert werden und sind somit auch für den Modellstand Wera- Kali 60 nicht zu bestätigen. Des Weiteren gelten die in [60] aufgeführten Einschätzungen zu akzeptablen Fehlerbereichen in großen Modellgebiet bei hohen Potenzialgradienten ([60], Abschnitt ) vollumfassend weiterhin. Seite 25 von 47

26 7.8.2 Instationäre Kalibrierung Analog zur Begutachtung des Modells Werra-Kali 40 [63] und 46 [49] wurden zur Bewertung der Charakteristik der vorliegenden Grundwasserstands- und Konzentrationsganglinien aus [3] wiederum visuelle Vergleiche des Verlaufs der berechneten und gemessenen Ganglinien, bzw. der jeweiligen Dynamik des Gangs durchgeführt ([61]. Wiesen die berechnete Grundwasserstands- bzw. Konzentrationsganglinie einen anderen Trend und/oder eine andere Dynamik im Vergleich zu den Messwerten auf, wurde die Charakteristik der Berechnung mit schlechte Abbildung beurteilt. Passte die berechnete Charakteristik zur gemessenen, so wurde dies mit gute Abbildung beurteilt. Insgesamt konnte auf mehr Grundwassermessstellen zurückgegriffen werden als bei der Bewertung innerhalb von [60], da mehr Konzentrationsganglinien im Anhang des Modellberichts zum Modell Werra-Kali 60 [3] vorgelegt worden sind. Abbildung der Grundwasserdynamik In [3] wird weiterhin davon ausgegangen, dass die unterschiedlichen dynamischen Strömungsverhältnisse im Plattendolomit und Deckgebirge in einem regionalen Maßstab durch die instationäre Simulation sehr gut abgebildet werden können. Dagegen stuft der Gutachter delta h [61] in diesem Zusammenhang von den insgesamt 273 vorliegenden Grundwasserstandsganglinien 176 Datensätze d. h. 64 % der aufgeführten berechneten Ganglinien als schlecht abgebildet und somit als nicht plausibel ein und kommt wie in [63] und [60] zu dem Schluss, dass die Interpretation vieler Ganglinien bzgl. der Absolutdifferenz und des berechneten Trends fragwürdig ist und dass viele berechnete Ganglinien nicht die Charakteristik der gemessenen Wasserstände wiedergeben. Anhand der Auswertung zeitlicher Mittelwerte der Berechnung und der Messwerte wird zudem festgestellt, dass insbesondere für die Grundwasserleiter Plattendolomit und Buntsandstein zwischen den gemessenen und den berechneten Druckpotentialen keine gute Übereinstimmung bzw. kein ausgeprägter linearer Zusammenhang besteht. Zusammenfassend wird für die modelltechnische Erfassung der Grundwasserdynamik aufgeführt, dass auch mit dem Modellstand Werra-Kali 60 [3] das Ziel einer instationären Kalibrierung bei dieser hohen Zahl der nicht plausiblen Modellganglinien, auch unter Berücksichtigung eines Interpretationsspielraums, in Frage zu stellen ist. Die Kalibrierung der Strömung ist somit als nicht erfolgreich im Sinne der Aufgabenstellung zu bewerten. Kleinräumige Modellanpassungen verbessern zwar die Abbildung der gemessenen Piezometerhöhen und Konzentrationen, sind jedoch vor dem Hintergrund der grundsätzlichen Modellansätze bzgl. der Numerik nicht zielführend [61]. Abbildung der Konzentrationsganglinien Die für die Unterlage [65] aufgeführten Anmerkungen zu Abweichungsklassen in Süß-, Brack-, Salzwasser und Sole aus [63] gelten weiterhin. Der Gutachter delta h bewertete die Charakteristik der vorliegenden Konzentrationsganglinien in [61] unter diesen Voraussetzungen noch einmal. Im Ergebnis wird festgestellt, dass von den insgesamt 297 vorliegenden Konzentrationsganglinien, an denen die Ableitung eines Trends möglich war, 54 % (159 Datensätze) der berechneten Ganglinien als schlechte Abbildung und somit als nicht plausibel eingestuft werden können. Im Modellstand Werra-Kali 46 wurden nach Einschätzung in [60] noch 75 %, bzw. 159 (von 212 Messstellen) Datensätze als schlecht abgebildet bewertet. Seite 26 von 47

27 Obwohl von einer signifikanten Verbesserung der Modellkalibrierung bzw. der Abbildung der gemessenen Konzentrationen im Vergleich zum Modellstand Werra-Kali 46 auszugehen ist, wird in [61] darauf hingewiesen, dass die relativ kleinräumigen Modellanpassungen nur lokale Abbildungsverbesserungen hervorrufen. Lokale Anpassungen beseitigen jedoch nicht die o. g. numerischen Instabilitäten und grundsätzlichen Probleme in den Modellansätzen. Es wird lediglich versucht, den hierdurch hervorgerufenen fehlerhaften Modellergebnissen durch Anpassung physikalischer Prozesse zu begegnen. Dies wiederum führt zwangsläufig zu Fehlern z. B. in der Bilanzierung und in der berechneten Konzentrationsausbreitung. Analog zu [60] und [63] wird schlussfolgernd angemerkt: Eine große Zahl der berechneten Ganglinien gibt, trotz weit gefasster Klassen und großzügiger Interpretation, nicht die Charakteristik der gemessenen Konzentrationen wieder [61]. Fazit Die zur Beurteilung der Modellkalibrierung definierten Kriterien sind zu weit gefasst [60]. Trotz dieser weit gefassten Kriterien bildet das Modell auf der festgelegten Bewertungsbasis die Dynamik und Charakteristik der gemessenen Piezometer und Konzentrationen in über 50% der Fälle schlecht und damit unplausibel ab. Die instationäre Prognoseberechnung liegt damit nicht auf der sicheren Seite. Die Modellkalibrierung kann somit nicht als erfolgreich im Sinne der Aufgabenstellung bewertet werden [61]. Zur Beurteilung der Güte von Grundwassermodellen können auch internationale Richtlinien, z. B. sog. Australien Guidelines [96], angewendet werden, welche nach [12] umfangreicher und konkreter sind als die deutsche Richtlinie W 107 [75]. In [96] wird ein Schema aufgeführt, mit dem die Modellgüte anhand bestimmter Kriterien unabhängig bewertet werden kann. Als einer der sog. Schlüsselindikatoren wird hier der Massenbilanzfehler, d.h. die Differenz zwischen ein- und ausgetragenen Salzmassen, im Modellzeitraum herangezogen. Dieser Fehler beträgt im aktuellen Modell Werra-Kali 60 3,8 % [3]. Dies relativ hohe Wert führt dazu, dass das Modell Werra-Kali 60 in die niedrigste Modellgüteklasse 1 (gering vertrauenswürdig, low confidence level) eingestuft werden muss. Nach [96] führt die Einstufung nur eines Faktors in die niedrigste Klasse dazu, dass unabhängig aller anderen Kriterien und Ausführungen in [12], das gesamte Modell bzw. deren Modellergebnisse keiner höheren Vertrauensklasse zugeordnet werden können. Die Beurteilung der Modellgüte des Modells Werra-Kali 60 nach internationalen Richtlinien [96] führt dazu, dass der Modellstand insgesamt der niedrigsten Güteklasse zugordnet werden muss. Prognostische Aussagen solcher GW-Modellen werden entsprechend der Richtlinie als nicht vertrauenswürdig eingestuft. In [96] wird u. a. empfohlen, solche GW- Modelle insgesamt nur für relativ wenig anspruchsvolle Zielstellungen zu verwenden und weiter zu qualifizieren. Auf welcher Grundlage ein sog. AK Endkalibrierung am zu dem Schluss kam, dass der Kalibrierzustand der GW-Modells (Modellstand Werra-Kali 60) prognostische Aussagen ermöglich [3], ist ohne weiterführende Informationen bzw. Übergabe von aussagefähigen Unterlagen/Protokollen nicht nachzuvollziehen. Vor dem Hintergrund ist es bemerkenswert, dass der hessische Behördengutachter noch in seiner Stellungnahme vom [14] Vorbehalte gegen eben diese Bewertung aufführt und die mit Werra-Kali 60 berechneten Prognosen aus vielfältigen fachlich Gründen als kritisch bewertet. Um die Abwägungsprozesse sowie das Vorgehen und die Kriterien zur Modellbewertung, z. B. aus [3], [14], [27], in Hessen für den Thüringer Teil des Werra-Kaligebietes überhaupt transparent nachvollziehen zu können, wird noch einmal empfohlen, mindestens die in den Abschnitten 3 bzw. 6.2 aufgeführten Unterlagen/Daten zu übergeben. Seite 27 von 47

28 8 Beantwortung der Fragestellungen des TLVwA vom [20] a. Sind im GW-Modell der Antragstellerin alle relevanten Eingangsdaten und Erkenntnisse bis zum Modellversuch Werra-Kali 60" einbezogen und genutzt worden, um die Auswirkungen der beantragten Fortsetzung der Versenkung abschätzen und bewerten zu können? Soweit durch delta h (Witten) in [61] beurteilbar, sind alle relevanten Eingangsdaten einbezogen und genutzt worden. Jedoch erfolgte die Berücksichtigung der Entnahmemengen nicht vollständig und nicht zeitdifferenziert, was ein aus fachlicher Sicht nicht nachvollziehbarer Verzicht ist, da die Daten zeitdifferenziert vorlagen. Ob notwendige Eingangsdaten zur Abbildung eines Kluft-Matrix-Systems bzw. zur Erweiterung des Modells um ein Double-Porosity-Ansatz vorliegen (wie vom Büro HG [27] zur Klärung der Bilanzdefizite angeregt), kann nicht eingeschätzt werden. Zumindest sollte hier eine Sensitivitätsanalyse den Umfang des Einflusses abschätzen helfen. Auf die Schwierigkeit der Chloridgehaltberechnung aus der Gesamtmineralisation weist DHI/WASY in ihrem Bericht [3] hin. Ein Multikomponentenansatz wäre mit dem vorliegenden Modell möglich gewesen, wurde jedoch nicht durchgeführt (s. u.). Zudem wird in [61] auf die Ausführung des dortigen Abschnitts 3.3, insbesondere infolge der Diskretisierung hingewiesen. Trotz der bekannten Probleme, die durch die Verwendung des Upwind- Verfahrens entstehen, wurde eine feinere Diskretisierung unter Hinweis auf die Rechenzeiten nicht angestrebt. Durch eine optimierte Netzverfeinerung könnte der Upwind Anteil rechenzeitneutral zumindest reduziert, möglicherweise auch eliminiert werden. Dies wurde trotz der der DHI/WASY zur Verfügung stehenden Werkzeuge in FEFLOW 7 nicht angewendet (vgl. auch [27]). b. Sind noch weitere Eingangsdaten/Erkenntnisse notwendig, die im GW-Modell (Kali 60) nicht berücksichtigt wurden? Wenn ja, welche Daten/Erkenntnisse wurden nicht berücksichtigt und gibt es eine jeweilige plausible Begründung für das Fehlen/Weglassen der Daten in den Antragsunterlagen? Die gemessene Chlorid-Bilanz am Pegel Gerstungen weist deutliche Peaks zwischen 1975 und 1990 auf, die durch die Modellrechnung in Werra-Kali 60 sowie auch durch die Modellrechnungen von delta h [61] nicht abgebildet werden konnten. Dies wirft die Frage auf, ob über die fehlende Berücksichtigung des Kluft-Matrix-Systems hinaus möglicherweise Fehler in der Eingabe oder der Rekonstruktion der Versenkungsdaten oder systematische Fehler bei der Berechnung der diffusen Ein-/Austräge bestehen könnten. Eine Rückwärtsberechnung (inverse Berechnung) von Versenkungsmengen aus dem Verlauf der gemessenen Chloridbilanz könnte hierüber Aufschluss geben. Die Entnahmedaten wurden als stationär in den Modellberechnungen angesetzt. Hier wäre zu untersuchen, ob eine Berücksichtigung instationärer Entnahmedaten signifikanten Einfluss auf die Grundwassersituation und damit auf die Konzentrationsverteilung hat. Zudem wurde ein Grenzwert von 100 m³/d als minimale Entnahme für die Berücksichtigung in das Modell festgelegt. Ansonsten wird auf die Antwort zu Frage a. verwiesen. Mathematischer Modellansatz, numerische Stabilität c. Wie wird der mathematische Modellansatz bewertet? Wurde für die Fragestellung der optimale Gleichungslöser bzw. für die Transportberechnung das optimale Verfahren verwendet? Welche Vor- und Nachteile ergeben sich aus den gewählten Gleichungslöser/Verfahren und wie sind diese in Hinblick auf den Antragsgegenstand zu bewerten? Die Verwendung des Darcy schen Gesetzes in allen hydrogeologischen Einheiten ist an zwei Punkten zu hinterfragen: Zum einen befindet sich innerhalb der sehr geringen Durchlässigkeit des Bröckelschiefers die Strömung im prälinearen Bereich, in dem das Darcy`sche Gesetz die Strömungsgeschwindigkeit deutlich überschätzt ([61], Abschnitt 3.1). Zum anderen wurde bereits Seite 28 von 47

29 mehrfach darauf hingewiesen ([27], [36], [77]), dass es sich beim Buntsandstein um ein Kluft- Matrix-System handelt, dass durch ein einfaches poröses Medium nur bedingt abgebildet werden kann. Der verwendete Gleichungslöser ist sicherlich angemessen und gut, jedoch führt die Stabilisierung der Transportberechnung durch das Upwind-Verfahren zu deutlichen Fehlern, auf die in den Stellungnahmen ([60], [63], [17]) bereits ausführlich hingewiesen wurde. Die Prognosefähigkeit des Modells ist dadurch deutlich beschränkt. Zudem wird durch die Upwind-Dämpfung die Entstehung von Konvektionszellen verhindert, die sich durch die Dichteunterschiede der Wässer herausbilden. Die Konvektionszellen sind ein maßgeblicher Motor der lokalen und regionalen Konzentrationsverteilung. d. Wie ist die numerische Stabilität des GW-Modells der Antragstellerin (Stand Werra-Kali 60) zu bewerten? Wurden Kriterien zur numerischen Stabilität definiert und ggf. eingehalten? Wäre das Modell im Hinblick auf Stabilitätskriterien optimiert worden, wäre die Verwendung eines Upwind-Verfahrens nicht notwendig, was die Güte der Simulationen deutlich verbessern würde. Geologisches und hydrogeologisches Modell, Randbedingungen e. Sind die geologischen Grundlagen im Modellgebiet adäquat umgesetzt und abgebildet worden? Wie sind die Unterschiede/ist die Umsetzung zu bewerten? Die Beantwortung dieser Fragestellung setzt das Vorhandensein aller geologischen Grundlagen voraus. Dies beinhaltet auch die Kenntnis über die im Rahmen der Bearbeitung des Modells Werra-Kali 60 durchgeführten Aktualisierungen von geologischen, hydrogeologischen Informationen. Eine solche Gesamtübersicht der Eingangsdaten liegt der Modelldokumentation [3] nicht bei und setzt die Übergabe vollständiger und unabhängig prüfbarer Modelldateien voraus und kann daher auch nicht umfassend bewertet werden. f. Sind alle hydraulisch wirksamen geologischen Strukturen im Modellgebiet, insbesondere im Thüringer Teil, korrekt abgebildet und parametrisiert? Wenn nein, welche Strukturen wurden nicht korrekt abgebildet und parametrisiert? Wurden in den Antragsunterlagen zum GW-Modell (Werra-Kali 60) nicht berücksichtigten Strukturen/abweichende Parametrisierung plausibel begründet? Auf die Defizite bei der Einbeziehung von hydraulisch wirksamen Strukturen (Vorflutsystem, Hangquellen, Störungen/Subrosionszonen) wurde bereits in [60], [63] und [17] ausführlich Stellung bezogen. Potentielle Aufstiegsbereiche wie Hangquellen, Nebengewässer sowie (a)tektonische Störungen wurden nicht in Gänze im Modell abgebildet. Die getroffenen Aussagen gelten analog auch für Werra-Kali 60. Die in [61] durch delta h explizit untersuchten geringmächtigen Bereiche im Nordwesten und Nordosten des Modellgebietes sind für den Aussagebereich des Modells ohne signifikanten Einfluss, da die Neubildung durch das vorhandene Vorflutsystem direkt abgeführt wird. Diese Bereiche führen bei Berücksichtigung im Modell zu einer deutlichen Verschlechterung der Kondition der Koeffizientenmatrix im Gleichungssystem. Hier kann ein Herausschneiden aus dem Modell zu einer deutlichen Verbesserung der numerischen Leistungsfähigkeit führen. g. Gibt es im GW-Modell (Werra-Kali 60) Anzeichen für bisher nicht bekannte Aufstiege in den Grundwasserleiter Buntsandstein und Quartär, z. B. über geologische Störungszonen, auch außerhalb des Werratals? Wenn ja, wie sind diese zu bewerten? Seite 29 von 47

30 Die Aufstiegszone im Breitzbachsmühle ist bereits von anderen Gutachtern (u.a. [14], [27]) ausführlich besprochen worden. Darüber hinaus weisen die Modellrechnungen von DHI/WASY etwa in der Abb. G8 [3] auf weitere moderatere Aufstiegszonen durch die Schichteinheit Obere Letten/Bröckelschiefer hin, die aber nach [61] rein numerischen Charakters sein könnten. Das Modell Werra-Kali 60 ist in seinem Charakter auf regionale Abbildung der physikalischen Gegebenheiten ausgerichtet. Lokale Effekte wie weitere potenzielle Aufstiege werden nicht abgebildet bzw. untersucht, da die Störungszonen zwar strukturbildend in der Vernetzung berücksichtigt wurden, aber nur im Ausnahmefall in der Parametrisierung des Modells. Die Behandlung der Störungszone Breitzbachsmühle ist für diesen Umgang mit Störungszonen kennzeichnend: Wo Aufstiege bekannt sind, werden die Modellparameter individuell innerhalb der Kalibrierung (hier in der Nachkalibrierung für Werra-Kali 60, [3]) an die Störungssituation angepasst, so dass ein Aufstieg aufgrund der Modellparameter simuliert werden kann. Eine Vergleichsrechnung unter Berücksichtigung einer erhöhten Durchlässigkeit des Bröckelschiefer/Obere Letten () in Bereichen von vorab definierten Störungszonen ergab zudem, dass die Möglichkeit eines Aufstiegs salzhaltiger Wässer in diesen Bereichen bestehen könnte (siehe [61], Abschnitt 2.3). Des Weiteren wird die Abbildung von Nebengewässern und Hangquellen im Modell vernachlässigt und daher potentielle Aufstiegsbereiche unterschätzt (siehe [60], [63]). h. Wie sind die gewählten Randbedingungen, insbesondere in den Grundwasserleitern (GWL) Plattendolomit (zlca), Buntsandstein und Quartär des GW-Modells Werra-Kali 60 zu bewerten? Sind die gewählten Randbedingungen plausibel? Nach [61] sind die Randbedingungen plausibel. Geringmächtige Modellbereiche im Nordwesten und Nordosten könnten unserer Ansicht nach entfallen, da sie numerische Probleme verursachen und für die Gesamtbilanz nicht relevant erscheinen. i. Wie ist die Auswahl der Einleitungen (z. B. Versenkwässer) und Entnahmen (z. B. TW-Brunnen) im GW-Modell zu bewerten? Welche Wassergewinnungsanlagen bzw. (Rückförder-) Brunnen und (Salzabwasser-) Versenkungen wurden nicht berücksichtigt und wo und in welchem Umfang sind dadurch Auswirkungen auf das Modellergebnis zu erwarten? Sind die vorhandenen Entnahmen und Einleitungen, in Hinblick auf Höhe und Slice-Zuordnung des Einleite- bzw. Entnahmepunktes, korrekt implementiert? Wenn nein, welche Auswirkung haben evtl. inkorrekte Implementierungen? Entnahmen kleiner 100 m³/d (knapp 9 % der Gesamtentnahmen) wurden nicht berücksichtigt, 12 (davon eine in Thüringen) größere Entnahmen, (18 % der Gesamtentnahmen) wurden infolge eines Versehens bei der Kalibrierung nicht berücksichtigt und die Entnahmen sind konstant mit einem durchschnittlichen Wert Modellzeitraum ab [26] angesetzt. Der Einfluss des Fehlers durch die Vernachlässigung der 12 größeren Entnahmen wurde in [26] untersucht, wesentliche Änderungen in der Prognose ergeben sich nach dieser Unterlage nicht. Die Beschränkung auf größere Entnahmen stellt nach [61] eine unnötige, nicht unwesentliche Einschränkung der Modellgüte dar und ist nicht nachvollziehbar, auch wenn der Einfluss auf die regionale Konzentrationsverteilung nicht groß sein sollte. Für lokale Effekte in Teilmodellen oder zur Beurteilung der Gefährdung kleinerer Entnahmen durch die Mineralisation ist die Berücksichtigung wesentlich. Der Einfluss des Ansatzes konstanter mittlerer Entnahmen kann nur in Kenntnis des instationären Verlaufes beurteilt werden. Die korrekte Implementierung ist jedoch nicht beurteilbar, da zum einen Entnahmedaten nicht vollständig als digitale Eingabedatei vorgelegt worden sind und die in [26] aufgeführten Abstimmungsgespräche über das Vorgehen mit nicht berücksichtigten Entnahmemengen nicht bekannt sind. Seite 30 von 47

31 Geometrie, Diskretisierung, Parametrisierung, Initialbedingungen j. Ist der räumliche Zuschnitt und die Auswahl der Modellschichten im Modellgebiet sowie deren jeweilige Diskretisierung geeignet, hinreichend genaue Simulationen und Prognosen für eine Salzabwassertransportprognoserechnung auch unter Einbeziehung ggf. verdrängten geogen mineralisiertem Grundwassers in allen Grundwasserleitern durchzuführen? Wie ist die horizontale und vertikale Diskretisierung, insbesondere die vertikale Diskretisierung in Aufstiegsbereichen, zu bewerten? Der räumliche Zuschnitt und die Auswahl der Modellschichten sind geeignet für die Beantwortung der definierten Fragestellungen. Die Diskretisierung ist nur bedingt geeignet. Die im Modell Werra- Kali 60 [3] vorgenommene Netzdiskretisierung wird insgesamt als unzureichend bewertet, da die Netzgenerierung nicht ausreichend an die eigentliche Fragestellung angepasst ist. Die Gesamtzahl der horizontalen Knoten wurde unnötig deutlich erhöht, indem die bekannten Störungen netzstrukturbildend berücksichtigt, jedoch nicht parametrisiert wurden. Das vertikale Netz wird dagegen als zu grob bewertet. Die zu grobe vertikale Diskretisierung von Werra-Kali 60 in den Aufstiegszonen führt dazu, dass die Ausbreitung der Salzabwässer im Unteren Buntsandstein auf der Oberfläche des Geringleiters nicht ausreichend abgebildet werden kann und damit zu einer Unterschätzung der Aufsalzung des Buntsandsteins führt. k. Als eine wesentliche Eingangsgröße wird die in den Unterlagen aufgeführte k f - Wertverteilung in den unterschiedlichen Modellschichten gesehen. Ist diese anhand der übergebenen Unterlagen nachvollziehbar und plausibel? Wenn nein: a) Welche Parametrisierungen sind nicht plausibel? b) Ist aus den Antragsunterlagen ersichtlich, welche grundlegenden Daten (aus PV, Bohrkernanalyse, etc.) für die Parametrisierung verwendet wurden? c) Wie ist die Absenkung des kf-wertes im Hangenden des Leinekarbonats (Obere Letten/Bröckelschiefer) im aktuellen GW-Modellstand Kali 60 auf m/s zu bewerten? Die k f - Wertverteilung ist nur bedingt aus den übergebenen Unterlagen nachvollziehbar und plausibel und somit nicht vollständig prüfbar. Mithilfe des FEFLOW-Viewers können einzelne Werte abgefragt werden. Bei den Abbildungen in [3] stimmen die Farben der Legende nicht mit den Farben in der Abbildung überein. Ein stichprobenartiger Vergleich zeigt an selber Stelle unterschiedliche Werte für die Durchlässigkeit nach Farbe (Legende), Wert in der Abbildung und im Viewer (siehe z. B, Abb. 2-3 in [3]). Zu a) Die Porosität von 0,1% und die Durchlässigkeit von m/s für die Einheit Bröckelschiefer/Obere Letten erscheinen sehr gering, auch wenn diese Werte durch einzelne hydraulische Tests belegt sind. Inwiefern die Auswertungen zu hydraulischen Tests, welche eine räumlich sehr begrenzte Information liefern, jedoch Rückschlüsse für einen Großteil der Verbreitung Schichteinheit zulassen, ist fraglich. Zumal mit k-werten von m/s für die Durchlässigkeit der Minimalwert angesetzt wurde. Zu b) Aus der Dokumentation zum Modell Werra-Kali 60 [3] ist nicht in nachvollziehbarer Form ersichtlich, welche grundlegenden Daten (aus Pumpversuchen, Bohrkernanalyse, etc.) für die Parametrisierung verwendet wurden. Zu c) Eine vertikale Durchlässigkeit von m/s in der Einheit Bröckelschiefer/Obere Letten () ist so gering, dass eine Gültigkeit des Darcy schen Gesetzes nicht vorausgesetzt werden kann ([61], Abschnitt 3.1) und die Anwendung die Filtergeschwindigkeit deutlich überschätzt. In der Koeffizientenmatrix führt diese Durchlässigkeit zu einer starken Verschlechterung der Kondition. In diesen Bereichen des Bröckelschiefers/Obere Letten kann faktisch von einer Undurchlässigkeit ausgegangen werden. Seite 31 von 47

32 l. Sind die Initialbedingungen, insbesondere die Anfangsdruckverteilung und die Anfangskonzentration, plausibel gewählt? Die Anfangsdruckverteilung ist nach [61] plausibel. Eine Möglichkeit zur Ermittlung einer räumlichen Salzverteilung als Anfangsbedingung besteht darin, die vorliegenden Messdaten fachlich zu bewerten und daraus eine räumliche Salzkonzentrationsverteilung abzuleiten. Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass dabei die ohnehin spärlichen Messdaten gut abgebildet werden. Diese Vorgehensweise, welche im Modell Werra- Kali 60 verwendet wurde, hat allerdings den entscheidenden Nachteil, dass die ermittelte Salzverteilung mit großer Wahrscheinlichkeit nicht in einem quasistationären Gleichgewicht mit der regionalen Strömungssituation des Grundwassermodells steht. Ein alternativer und praktikabler Ansatz besteht daher darin, die Anfangskonzentrationen unter quasi-stationären Strömungsbedingungen und plausiblen Annahmen zum Salzeintrag mit dem Modell zu berechnen [61]. Eine Modellrechnung, die mit einer so ermittelten Anfangsbedingung startet, bildet dann ausschließlich die Veränderungen in den Salzkonzentrationen ab, die durch die veränderten Randbedingungen, im vorliegenden Fall die Salzabwasserversenkung, hervorgerufen werden. Steht die Anfangsbedingung nicht im Gleichgewicht mit der Strömungssituation, wird das Modell auch Entwicklungen hin zu dieser Gleichgewichtssituation zeigen, die vom Versenkgeschehen unabhängig sind. Prognosen, Szenarien m. Können auf der Grundlage der vorgelegten Modelldaten zeit- und ortsdiskrete Aussagen getroffen werden, um a) die Auswirkungen der beantragten Versenkung auf Grundwasservorkommen, insbesondere im Thüringer Teil des Werra-Kaligebiets, prognostisch in der entsprechenden Sicherheit nachzubilden und vorherzusagen? Insgesamt wird geschlussfolgert, dass trotz der mit Werra-Kali 60 erreichten Verbesserung der Kalibrierung die Prognosefähigkeit nicht gegeben ist [61]. Die bereits in [60] geäußerten Kritikpunkte bleiben größtenteils bestehen. b) den räumlichen und zeitlichen Einfluss der Salzabwasserversenkung in unterschiedlichen Versenkungsräumen nachzubilden und zu prognostizieren? Die aufgezeigten Schwächen des Modells stellen eine plausible Reproduktion der Versenkhistorie und des Ist-Zustands in Frage. Die hydrochemischen Verhältnisse können insbesondere aufgrund der starken Überprägung des Ausbreitungsgeschehens durch die künstliche, numerische Dispersion des Upwind-Verfahrens nicht plausibel reproduziert werden [61]. Die Diskrepanz zwischen den gemessenen und gerechneten diffusen Chloridausträgen in die Werra stellt die Prognosefähigkeit, insbesondere bezüglich der Mengen, zusätzlich stark in Frage [61]. c) das vorhandene Messstellennetz zu prüfen und, wenn nötig, zu optimieren, zusätzliche Grundwasserbeobachtungsräume auszuweisen und ggf. zusätzliche Messstellen zu planen und finden sich in Antragsunterlagen hierzu konkrete Optimierungsund Planungsschritte sowie Es finden sich keine konkreten Optimierungs- und Planungsschritte in den vorgelegten Antragsunterlagen. Über theoretische Aufstiegsbereiche können, wie oben dargelegt, keine Aussagen getroffen werden, da diese in den Modellschritten Werra-Kali 40, 46 und 60 nicht vollständig abgebildet worden sind ([60], [63]). Dort, wo potentielle Aufstiegsbereiche nicht hydraulisch aktiviert werden, ist die Möglichkeit eines Aufstiegs von salzhaltigen Wässern faktisch nicht gegeben. Somit ist die Prüfung des Messstellennetzes aufgrund des Modells nur bedingt möglich. Einen Hinweis auf Bereiche, in denen eine Verdichtung des Messstellennetzes angemessen wäre, könnte ermittelt wer- Seite 32 von 47

33 den aufgrund der Sensitivitäten, die sich innerhalb des Kalibrierungsprozesses herauskristallisiert haben. Dies wurde in [3] jedoch nicht dokumentiert. d) als regionale Grundlage für die erwähnten und künftigen detaillierten Teilmodelle zu dienen. Das Modell könnte ggf., sofern mindestens die in [61] sowie die in Abschnitt 10 beschriebenen Anpassungen erfolgt sind, als regionale Grundlage für Teilmodelle verwendet werden. Beim Aufbau der Teilmodelle ist jedoch auf eine ausreichend feinere Diskretisierung zu achten. n. Sind die für die Auswirkungsprognosen (Szenarien) entscheidenden Simulationen durchgeführt und ausgewertet worden und sind diese nachvollziehbar und fachlich gerechtfertigt? Sind die im Modell berechneten Szenarien (Auswirkung der beantragten Versenkung gegenüber einem sofortigen Ende der Versenkung) mit dem aktuellen GW-Modell (Werra-Kali 60) für die dort getroffenen Aussagen hinreichend genau und wenn ja, plausibel und hydrogeologisch begründbar? Es sind nach [61] angemessene und fachlich gerechtfertigte Szenarien für die Beurteilung der Auswirkung einer fortgeführten sowie sofortigen Beendigung der Versenkung gewählt worden, für welche allerdings die Einschränkung der nicht gegebenen Prognosefähigkeit gilt. Die Auswertungen sind jedoch, insbesondere aufgrund von Mängeln in der grafischen Aufbereitung der Ergebnisse, nicht immer vollständig und nachvollziehbar. So fehlt etwa eine vollständige Bilanzierung von Mengen und Frachten. o. Sind die Aussagen zu den Auswirkungen der geplanten Salzabwasserversenkung bis 2021 auf die regionale und lokale Grundwasserhydraulik und -beschaffenheit plausibel und werden durch das nun vorgelegte GW-Modell Werra-Kali 60 gestützt? Die Aussagen sind zwar durch das vorgelegte GW-Modell Werra-Kali 60 [3] gestützt und sind somit folgerichtig, die Prognosefähigkeit des Modells ist jedoch nach wie vor nicht gegeben und die Aussagen nicht belastbar [61]. Für die Berechnung der Chloridbelastung aus der Gesamtmineralisation wurden (u.a. K+S [3], DHI/WASY [26] und HG [27]) unterschiedliche Ansätze auf Grundlage des Modells oder aus einer Trendwertanalyse verfolgt, die zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen führen. Die Ansätze unterscheiden sich wesentlich und sind nicht belastbar. Hier wäre die Verwendung eines Multikomponentenmodells notwendig, um belastbare Aussagen zu treffen [61]. p. Können quantitative Aussagen zum Verbleib des in den Grundwasserleiter Buntsandstein eingetretenen Salzwasservolumens aus dem nun vorliegenden GW-Modell Kali 60 abgeleitet und plausibel nachvollzogen werden? Nein, da die Modellgüte neben allen anderen Einschränkungen in Bezug auf Mengen nur gering ist. Mit dem Werra-Kali 60-Modellansatz können auch Transportvorgänge gar nicht bzw. unzureichend erfasst werden. Die Berechnungen des Modells Werra-Kali 60 liegen somit nicht auf der sicheren Seite [61]. Auswirkungen auf Oberflächengewässer q. Werden die Einträge in die Werra, bedingt durch veränderte Druckauswirkungen infolge der Versenkungstätigkeiten, hinsichtlich der Mengen und des Stofftransports (diffuse Einträge) ausreichend genau über den gesamten Betrachtungszeitraum nachgebildet? Seite 33 von 47

34 Diese Frage wird in [61] negativ beantwortet. Bis 1965 werden die Einträge überschätzt, was auch ein Indiz für eine Überschätzung der Anfangskonzentrationen (geogene Mineralisierung) sein kann. Zwischen 1975 und 1994 werden die Einträge unterschätzt. Seitdem werden die Einträge deutlich überschätzt. Insbesondere die Überschätzung in den letzten 20 Jahren schränkt die Belastbarkeit von Prognosen deutlich ein. Ob dies auf der sicheren Seite liegt, wird in [61] angezweifelt, da von den versenkten Salzabwässern offenbar eine größere Menge im System gespeichert wird als das Modell dies berechnet. r. Wie sind die Erhöhung der diffusen Einträge im Modell Werra-Kali 60 bei der Berechnung der beantragten Versenkung (Szenario 2) zu bewerten (auch in Hinblick auf die Vorgaben der EU- WRRL)? Aufgrund der dargelegten Schwächen der Modellprognosen insbesondere in Bezug auf die diffusen Einträge ist die berechnete Differenz zwischen dem Szenario 1 (ohne Fortsetzung der Versenkung) und Szenario 2 (Versenkung gemäß Antrag) nicht belastbar [61]. Die Modellschwächen kürzen sich nicht heraus. Auswirkungen auf Grundwasservorkommen s. Sind die in den Antragsunterlagen getroffenen Aussagen zu den Auswirkungen der Versenkung auf vorhandene Grundwasservorkommen, insbesondere auf öffentliche und private Trink-, Brauch- und Heilwassergewinnungsanlagen, plausibel? Kann die frühere, aktuelle und zukünftige Entwicklung der Grundwasserbeschaffenheit (z. B. für Chloridwerte) anhand der Modellergebnisse plausibel nachvollzogen, eingeschätzt und beurteilt werden? Insbesondere für die Chloridwerte kann die zukünftige Entwicklung der Grundwasserbeschaffenheit nur unzureichend mittels des vorliegenden (regionalen) Modells abgeschätzt werden (vgl. Abschnitt 7.1). Neben der grundsätzlich fehlenden Prognosefähigkeit des Modells weist auch DHI/WASY in dem Bericht zu Werra-Kali 60 [3] selbst darauf hin, dass die Chloridbelastung durch ein Multikomponentenmodell zuverlässiger abgeschätzt werden könnte. Zur Abschätzung der zukünftigen Belastung der Entnahmebrunnen sind mittlerweile von mehreren Seiten verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, wie z. B. Mischungsansätze und Messwertansätze zur Abschätzung der Chloridbelastung mittels der Gesamtmineralisation aus der Modellsimulation sowie auf Grundlage einer Trendanalyse der Messwerte. Die Ergebnisse dieser Verfahren unterscheiden sich wesentlich und sind nach [61] ebenfalls nicht belastbar. Aussagen auf Grundlage der Gesamtmineralisation könnten zwar theoretisch getroffen werden, wären jedoch durch die in [3] aufgeführte Skalenerweiterung auf ein Großraummodell lediglich beschränkt auf die regionale Ebene (Abschnitt 7.1). Lokale Aussagen sind mit dem Modell Werra- Kali 60 a priori nicht zu erwarten. Die Fehlerrate von mehr als 50% (vgl.abschnitt in [61]) belegt dies zusätzlich. t. Sind die anhand der Modellergebnisse in den Unterlagen dargestellten Berechnungsmethoden zur Chloridwertermittlung in Wassergewinnungsanlagen plausibel und nachvollziehbar? Ist die hiermit aufgeführte Entwicklung der Grundwasserbeschaffenheit, z. B. für Chloridwerte, plausibel, nachvollzieh- und beurteilbar? Kann somit eine diskrete Gefährdung einzelner Thüringer Wassergewinnungsanlagen (WGA) sicher ausgeschlossen werden bzw. Wahrscheinlichkeiten für eine mögliche Überschreitung von Grenzwerten der Trinkwasserverordnung in den einzelnen Brunnen angegeben werden? Im Bericht zum Modell Werra-Kali 60 [3] wird in Abschnitt (S. 95) darauf hingewiesen, dass eine Chloridwertermittlung aus der prognostizierten Gesamtmineralisation nicht korrekt ist (Zitat:. Damit könnten die Cl-Konzentrationen bei gleichzeitiger Beibehaltung der korrekten Dichte direkt mit dem Modell ermittelt werden. Das Modell müsste dafür aber entsprechend angepasst Seite 34 von 47

35 werden. Mit dem 2D Modell [66] wurde dies bereits für eine Vielzahl von Komponenten exemplarisch durchgeführt. Diese Untersuchungen haben gezeigt, dass sowohl örtlich wie auch zeitlich deutlich unterschiedliche Verhältnisse zwischen den Cl- und den Gesamtmineralisation-(GM)- Konzentrationen an den verschiedenen Versenk-Standorten vorliegen. ( ) Mit der erforderlichen Modellanpassung wäre somit ein erheblicher Aufwand verbunden, der aufgrund des vom HMUKLV vorgegebenen Zeitplans nicht geleitet werden konnte. ). Wie durch Simulationen mit dem 2D Modell [66] nachgewiesen, muss hierzu eine Multikomponentensimulation durchgeführt werden. Prinzipiell sei diese mit dem vorhandenen Modell möglich, wurde jedoch aus fachlich nicht nachvollziehbaren Gründen nicht durchgeführt. Ein Zeitmangel ist bei einer Modellbearbeitung seit 2011 kein ausreichender Grund, die Berechnungen nicht durchzuführen, zumal seit 2008 die Notwendigkeit einer Multikomponentenberechnung offenkundig war [61]. Die Notwendigkeit einer Multikomponentenberechnung besteht auch nach Auffassung von delta h [61]. Der durch die DHI/WASY vorgestellte Mischungsansatz mit bias-korrektur, wie auch der Mischungsansatz von HG, die Messwertansätze und die Trendanalyse auf Grundlage der Messwerte sind lediglich Approximationen, die eine unnötige Unschärfe in die Prognose bringen. Angesichts der Relevanz der zu beantwortenden Fragen nach der Überschreitung des zulässigen Chloridgehalts in den Wasserfassungen, ist diese Unschärfe nicht hinzunehmen. Zudem zeigt die durch Büro HG (u. a. [27]) durchgeführte Trendwertanalyse der Wassergewinnungsanlagen, dass die Chloridbelastung der hessischen TBr. Meiselsgraben Mansbach und Ulstertal schon zum jetzigen Zeitpunkt in der Modellberechnung deutlich unterschätzt wird, jedoch lt. Büro HG einer möglichen Grenzwertüberschreitung entgegengehen. Eine Multikomponentenberechnung ist aufwändiger als die Berechnung der Gesamtmineralisation mit anschließender Mischungsberechnung. Hier gilt also im verstärkten Maß die Problematik der großen Rechenzeiten ([60], Abschnitt 4.3, [61], Abschnitt 3.4). Die nach [61] in den Abschnitten 2 und 3 begründet dargestellte, fehlende Prognosefähigkeit des vorliegenden Regionalmodells Werra-Kali 60 liefert zudem lediglich ungenügend belastbare Ergebnisse zur Grundwassergesamtmineralisation, wodurch Aussagen zu diskreten, lokalen Gefährdungen von Thüringer Wassergewinnungsanlagen nicht möglich sind.(vgl. auch Antwort zu Frage s.). Demzufolge können auch keine Wahrscheinlichkeiten für eine mögliche Überschreitung von Grenzwerten der Trinkwasserverordnung in den einzelnen Brunnen angegeben werden. u. Sind anhand des vorliegenden Modellstandes Werra-Kali 60 diskrete prognostische Aussagen zur möglichen Veränderung der Heilwasserzusammensetzung in Bad Salzungen möglich und wenn ja, wie sind diese einzuschätzen? Es weist im Modell nach [61] nichts auf eine Veränderung der Heilwasserzusammensetzung in Bad Salzungen hin. Es wird jedoch darauf verwiesen, dass das Heilwasser aus dem Liegenden des Leinekarbonats in den Modellraum überströmt. Solche Prozesse sind mit dem GW-Modell Werra-Kali 60 grundsätzlich nicht erfasst und nachgebildet worden. Obwohl ein Anstieg der Bröckelschiefer-Oberfläche von der Aufstiegszone in Richtung Bad Salzungen eine Beeinflussung der Wasserfassung unwahrscheinlich erscheinen lässt, sind aufgrund der fehlenden Prognosefähigkeit diskrete Aussagen anhand der Modellergebnisse nicht möglich [61] (Vgl. auch Antwort zu Frage s.). Seite 35 von 47

36 v. Sind anhand des vorliegenden Modellstandes Werra-Kali 60 diskrete prognostische Aussagen zur Änderungen der Grundwasserbeschaffenheit in Wassergewinnungsanlagen im Raum Gerstungen möglich? Wie ist die Aussage aus der Stellungnahme HG an RP KS vom (S. 18) [27], dass die Veränderungen am Brunnen Hy Gerstungen 1/33 (Kohlbach I) (1915) - als lokale Besonderheit - durch die Altversenkung in der Gerstunger Mulde beeinflusst ist", zu bewerten? Für prognostische Aussagen zur Änderung der Grundwasserbeschaffenheit in den Wassergewinnungsanlagen im Raum Gerstungen sind diskrete Aussagen anhand der Modellergebnisse nicht möglich. Es gelten grundsätzlich die dargelegten Einschränkungen. Vergleichsrechnungen haben ergeben, dass in diesem Bereich innerhalb des Berechnungszeitraums salzhaltige Wässer in den Buntsandstein vorgedrungen sind ([61], Abschnitt 3.3.1). Für das Ende des Berechnungszeitraums werden nach den Berechnungen mit dem Vergleichsmodell hier keine Konzentrationen ausgewiesen (siehe Abschnitt 2.2). Die von HG implizit gezogene Schlussfolgerung aus o. g. Aussage zur Beeinflussung des Brunnens Hy Gerstungen 1/1933 [27] durch die Altversenkung, scheint zu sein, dass die beantragte Versenkung für die Entwicklung dieses Brunnens keine Rolle spielt (s.a. [15]). Die als nicht belastbar bewerteten Trendanalysen weisen höhere Chloridwerte für die Brunnen auf, was durch die verschiedenen Ansätze zur Ermittlung der Chloridbelastung aus der Gesamtmineralisation auf Grundlage der Modellergebnisse so nicht ermittelt wurde [61]. Weitergehende Ziel- und Fragestellungen w. Sind weitere Szenariorechnungen notwendig und mit dem vorliegenden Modellstand möglich, um die Auswirkungen einer künftigen Versenkung von Salzabwasser einschätzen und negative Auswirkungen auf den Grundwasserleiter Buntsandstein ausschließen zu können? Weitere Szenariorechnungen könnten die Berechnung der Einzugsgebiete der Trinkwasserbrunnen unter Berücksichtigung der tatsächlich geförderten Mengen und den Abgleich der so ermittelten Einzugsgebiete mit der berechneten Konzentrationsausbreitung sein. Hierfür müsste jedoch ein als prognosefähig beurteiltes Modell vorliegen. Das vorgelegte Modell, Stand Werra-Kali 60, erfüllt diese Voraussetzung nicht [61]. Eine Vorgehensweise wie in [61] (Abschnitt 2.5) dargestellt, wäre hier vorstellbar. Der reine Abgleich der Ergebnisse der Konzentrationsausbreitungsberechnung mit den Wasserschutzzonen führt jedoch nicht zur korrekten Abschätzung des Risikos für den entsprechenden Trinkwasserbrunnen. x. Sind die in den nun vorliegenden Modellständen (Werra-Kali 47 bis Werra-Kali 60) bzw. in den vorliegenden Modellunterlagen bzw. -dokumentationen aufgeführten Ziel- und Fragestellungen (auch im Vergleich mit früheren Modelldokumentationen) ausreichend und vollständig? Sollten weitere Fragestellungen beantwortet werden, um ein Grundwasserströmungs- und - transportmodell für den Betrachtungsraum so zu qualifizieren, dass ein negativer Einfluss auf das Grundwassersystem zeit- und ortsdiskret auszuschließen ist und war? Die Modellstände Werra-Kali 46 und Werra-Kali 60 wurden in einer Form übergeben, die das Ablesen von Eingabedaten zum Teil nur im Viewer ermöglicht hat. Dies ist bei der Komplexität des Modells nicht ausreichend, da die Daten in dieser Form nur stichprobenartig nachvollziehbar und kontrollierbar sind. Eine exakte Nachrechnung ist somit nicht möglich [61]. Die Daten zu den Modellständen 47 bis 59 wurden nicht übergeben und können somit nicht beurteilt werden. Wie in [61] dargelegt, sollte auf jeden Fall die numerische Performance des Modells deutlich verbessert werden, was auch zu einer Reduzierung der Rechenzeiten führen würde. Eine Konsistenzuntersuchung des Modells würde die Belastbarkeit des Modells nachweisen. Seite 36 von 47

37 y. Sind die durch den hessischen Behördengutachter Büro HG formulierten Mindestanforderungen an das GW-Modell Werra 2013" zur Beurteilung der Prognosefähigkeit des numerischen Grundwassermodells ausreichend und plausibel? Die innerhalb der Mindestanforderungen formulierten Arbeitsschritte sind ausreichend und plausibel, sofern man von einem numerisch stabilen Grundwassermodell ausgeht. Es werden Bereiche, in denen die gemessenen Grundwasserstände und Konzentrationen nicht ausreichend genau abgebildet werden, zum damaligen Kenntnisstand benannt und als Bereiche mit notwendiger Nachbesserung/Optimierung definiert. Dies ist prinzipiell eine gängige Vorgehensweise. Aufgrund der in [61] (Abschnitt 3) genannten Bedenken bzgl. der numerischen Stabilität des Grundwassermodells Werra-Kali 60 und den daraus resultierenden Fehlern in den Berechnungsergebnissen, insbesondere auch in der Bilanz, ist diese Vorgehensweise jedoch nicht ausreichend. Lokale Anpassungen beseitigen nicht die o. g. numerischen Instabilitäten und grundsätzlichen Probleme in den Modellansätzen. Die Verringerung der k f -Werte der Schichteinheit Obere Letten/Bröckelschiefer führt zu einer weiteren Verschlechterung der Kondition der Koeffizientenmatrix des numerischen Gleichungssystems der Transportberechnung. Damit verschärfen sich tendenziell die Dämpfungseffekte aus dem verwendeten Upwind-Verfahren, was die Qualität der Ergebnisse der Konzentrationsberechnung verschlechtert. In [61] wird das Vorgehen aus [3], den numerisch bedingten Modellfehlern durch Anpassung physikalischer Prozesse (Änderung der k f -Werte) zu begegnen, als nicht zielführend bewertet. z. In den Unterlagen werden die mit dem 3D-Modell Werra-Kali 60 berechneten zeitlichen Auswirkungen der zukünftigen Versenkung auf das verfügbare Wasservolumen im Deckgebirge dargestellt. Demnach prognostiziert das Modell, dass durch die geplante Versenkung ein zusätzliches Wasservolumen im Deckgebirge eine Gesamtmineralisierung von 750 mg/l (entspricht etwa 250 mg/l Chlorid) überschreiten wird und somit für eine Trinkwassernutzung ohne weitere Maßnahmen nicht mehr geeignet sein könnte. Nach den Antragsunterlagen wären die betrachteten Auswirkungen prozentual gesehen unter einem Prozent, absolut gesehen würde durch die beantragte Versenkung bezogen auf das Jahr 2060 zusätzlich 85 Mio. m3 Grundwasser eine Gesamtmineralisation über 750 mg/l haben. Wie sind diese Prognosen des Modells zu bewerten? Die Prognosen sind, insbesondere da es sich um Mengenabschätzungen handelt, ungenügend belastbar. Im Gutachten von HG [27] wird dargestellt, dass die Modellgüte nach den Australian Guidelines bezüglich des Massenbilanzabschlussfehlers lt. Gutachtens von Wolfgang Schäfer [12] lediglich mit gering eingeschätzt wurde. Prognosen der Mengen mit dem Modell sind daher unzureichend möglich. Insgesamt kommt HG in [27] zu dem Schluss, dass die Mengen eher unterschätzt werden. delta h [61] schließt sich in Bezug auf die Monitoringdaten dieser Einschätzung an. aa. In den aktuellen Antragsunterlagen ([3], S. 70) wird dargestellt, dass sich ca. 82 % der seit 1925 versenkten Salzmenge entweder im Plattendolomit befinden oder bereits über die diffusen Einträge aus dem System ausgetragen wurden. Danach befänden sich ca. 18 % im Deckgebirge und dort zum überwiegenden Teil im unteren Buntsandstein. Das würde bedeuten, dass im Gegensatz zu den bisher seitens HLNUG angenommen %, die sich im Buntsandstein befänden, sich die Menge drastisch reduziert hätte. Ist dies unter Berücksichtigung der Modell- und Monitoringdaten plausibel? Die Prognosen sind, insbesondere da es sich um Mengenabschätzungen handelt, zur Beantwortung dieser Frage nicht ausreichend belastbar. Insgesamt kann die Simulation der diffusen Chlorid- Einträge in die Werra nur sehr bedingt die Messwerte nachempfinden, was unter anderem an den Schwächen des numerischen Modells (Dämpfung durch Upwind-Verfahren) liegt [61]. Seite 37 von 47

38 bb. Welche Auswirkungen wird die zukünftige Versenkung auf die Entwicklung der diffusen Einträge in die Oberflächengewässer haben? Insbesondere soll eine Bewertung der Darstellung der Prognose der diffusen Einträge auf Seite 73 des Berichtes [3] erfolgen, wonach die diffusen Einträge in die Werra gemäß Modellprognose Kali 60 mit Versenkung bis 2021 (Sz2) um 5 bis 16 % über denen ohne Versenkung ab 2016 liegen. Die Simulation der diffusen Chlorid-Einträge in die Werra kann nur bedingt die Messwerte nachempfinden, was unter anderem an den Schwächen des numerischen Modells (Dämpfung durch Upwind-Verfahren) liegt. Durch den Vergleich der Szenarien mit und ohne weitere Versenkung werden diese Schwächen nicht eliminiert, so dass nicht davon auszugehen ist, dass die Angabe über den prozentualen Einfluss einer weiteren Versenkung belastbar ist [61]. 9. Hydrologie/Wasserwirtschaft Zur Bewertung hydrologischer/wasserwirtschaftlicher Aspekte wird auf unsere Stellungnahme vom [17] und [17] verwiesen. Die dort in Abschnitt 7 aufgeführten Antworten auf Fragestellungen aus [15] und [17] sind weiterhin gültig. 10. Schlussfolgerung/Fazit Durch die TLUG und die o. g. Fachgutachter wurde eine erneute Prüfung der beim RP Kassel eingereichten Verfahrensunterlagen der K+S KALI GmbH (u.a. [94], [65], [3]) zur Erlaubnis der Einleitung von bis zu 12 Mio. m³ Prozessabwasser in den Grundwasserleiter Leinekarbonat (zlca) (u. a. [94]), insbesondere der ergänzend vorgelegten Unterlagen/Daten zum numerischen 3D- Strömungs- und Transportmodells (aktueller Modellstand Werra Kali 60 [3]) durchgeführt. Entsprechend der oben aufgeführten Prüfaspekte zur modelltechnischen und numerischen Prozessapproximation und zum stationären und instationären Kalibrierzustand ist zusammenfassend und erweitert gegenüber den Prüfungsstand von September 2016 [15] anhand eines als nicht vollständig prüfbar bewerteten Unterlagenbestand zu schlussfolgern, dass auch der ergänzende vorgelegte hydrogeologische und numerische Modellstand für den Thüringer Teil des Werra-Kaligebiets zum Beurteilungszeitpunkt nach wie vor keine ortsund zeitkonkrete Beurteilung der aktuellen Salzabwasserverbreitung und bilanzmenge innerhalb und außerhalb des Versenkhorizontes zulässt; das von der TLUG z. B und 2014 (z. B. [51]) als unbedingt erforderlich und notwendig eingeschätzte numerische 3D-Strömungs- und -transportmodell zum Beurteilungszeitraum nicht in hinreichender Anpassungsgüte übergeben worden ist, da es nach wie vor nicht als erfolgreich kalibriert im Sinne der Aufgabenstellung vorgelegt wurde; anhand der erweiterten Prüfergebnisse [61] deutlich wird, dass im 3D-Grundwasserströmungs- und -transportmodell der Antragstellerin [3] konzeptionelle, numerische Defizite vorliegen, welche das aufgestellte Modellkonzept in Hinblick auf die Diskretisierung grundsätzlich in Frage stellen; fundierte regionale und insbesondere lokale grundwasserleiterbezogene Ausbreitungsprognosen für salzabwasserführendes Grundwasser im Thüringer Werra-Kaligebiet auf der Basis der Modellergebnisse somit weiterhin nicht in ausreichender Genauigkeit möglich sind. Gleichzeitig wird angemerkt, dass nach DVGW Information Nr. 82 von April 2017 dem Besorgnisgrundsatz für den vorsorgenden Trinkwasserschutz und dem Vorrang der Trinkwasserversorgung folgend, bei fehlender Datenverfügbarkeit oder Überprüfungsmöglichkeiten die Auswirkungen eines Vorhabens nicht bewertet werden können und daher entsprechende Vorhaben von Grundsatz her von den zuständigen Behörden abgelehnt werden müssten. Seite 38 von 47

39 Der im September 2016 vorgelegte Prüfungsstand der Verfahrensunterlagen wird durch die erneute Prüfung des Gutachters delta h und der TLUG verifiziert, authentifiziert und erweitert [61]. Es kann anhand der vorliegenden Datenlage eingeschätzt werden, dass das von den hessischen Behörden als erlaubnisfähig bewertete, dem Versenkantrag der K+S KALI GmbH zugrunde liegenden numerische Grundwassermodell, noch nicht ausreichend kalibriert ist, so dass derzeit keine belastbaren Prognoserechnungen i. S. der Aufgabenstellung möglich sind. In [61] führt der Gutachter delta h folgende Arbeitsschritte auf, welche mindestens durchgeführt werden müssten, um möglicherweise ein prognosefähiges Planungsinstrument zu erhalten: Detailliertere Abbildung der Prozesse an der freien Oberfläche: o Berechnung von Hangquellen, Abbildung aller Vorfluter, Darstellung des Einflusses der ungesättigten Zone. Deutliche Verfeinerung der vertikalen Diskretisierung bei gleichzeitiger Vergröberung der horizontalen Diskretisierung. Verkleinerung des Modells um die geringmächtigen Bereiche, die ohne Einfluss auf die Gesamtbilanzen sind. Multikomponentenberechnung zur Ermittlung der differenzierten Chloridkonzentrationen. Verwendung auslaufender Schichten statt mitlaufender Schichten außerhalb der Schichtverbreitungsgebiete. Verbesserung der Kondition der Koeffizientenmatrix durch Einhaltung von Stabilitätskriterien. Entweder Vermeidung des Upwind-Verfahrens oder Nachweis von Konvektionszellen (Gegenüberstellung zur Süßwasserrechnung). Nachrechnung der Anfangsbedingung durch eine instationäre Langzeitberechnung der geogenen Salzbelastung mit dem Abgleich zu den Naturphänomenen. Berücksichtigung der hydrogeologischen Wirksamkeit der bekannten Störungszonen zur Identifikation möglicher Aufstiegszonen. Berücksichtigung der Salzhalden als signifikante Größe innerhalb der Gesamtbilanzierung. Rückwärtsberechnung (inverse Berechnung) von Trinkwasserbrunnen zur Darstellung der sich verändernden Einzugsgebiete während des Betrachtungszeitraumes (Kalibrierung und Prognose) Anpassung des Monitoring-Netzwerkes (s.u.). Hinsichtlich des Kalibrierungsbedarfs und der Kalibrierungsmöglichkeit des zzt. vorliegenden Modellstands und aufgrund der schon 2015/2016 erreichten ([15][17][60][63]) und nun verifizierten, aktualisierten und erweiterten Prüfergebnisse zur konzeptionellen und methodischen Eignung des Modells [61] erscheint es zudem mehr als fraglich, ob das derzeitige numerische 3D- Grundwasserströmungs- und -transportmodell künftig ohne grundsätzliche Anpassung des Modellansatzes (z. B. Kluft-Matrix Ansatz, Multikomponentenberechnungen) in der Lage sein wird, die Charakteristik der Salzausbreitung ausreichend genau wiederzugeben. Bezüglich des Grund- und Oberflächenwassermonitorings wird nach wie vor festgestellt, dass die notwendigen grundwasserleiterbezogenen Ausbreitungsprognosen für salzabwasserführendes Grundwasser derzeit lediglich qualitativ bzw. aufgrund von regionaler Plausibilitätsabschätzungen und eingeschränkt von Messstellen möglich, quantitativ jedoch weiterhin nicht hinreichend kalkulierbar sind. Zusammenfassend kann geschlussfolgert werden, dass auf der Basis der derzeitigen geologischen, hydrogeologischen, wasserwirtschaftlichen und modelltechnischen Prüfergebnisse der Antragsunterlagen der K+S KALI GmbH ([1], [49], [94], [65], [3] etc.) die Einleitung (Versenkung) von Salzabwasser in den Untergrund im hessischen Versenkgebiet Hattorf langfristig weiterhin keinen Vorzug gegenüber anderen Entsorgungsalternativen haben sollte. Seite 39 von 47

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