Numerisches 3D-Grundwassermodell Werra 2013" der K+S KALI GmbH Kurzbericht Kalibrierung" vom Dezember 2013

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1 HESSISCHES LANDESAMT FÜR UMWELT UND GEOLOGIE HESSEN [m!fflemin Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie Postfach D Wiesbaden Aktenzeichen (Bitte bei Antwort angeben) /14 Kr Regierungspräsidium Kassel Dez Industrielles Abwasser, Wassergefährdende Stoffe, Salzwasserentsorgung z.h. Herrn Walter Postfach Bad Hersfeld Bearbeiter/in: Durchwahl: Telefax: Ihr Zeichen: Ihre Nachricht vom: Datum: Dr. Dieter Kämmerer 0611 / Dieter.Kaemmerer@HLUG.Hessen.de 0611 / /Hef-79f / und März 2014 Numerisches 3D-Grundwassermodell Werra 2013" der K+S KALI GmbH Kurzbericht Kalibrierung" vom Dezember 2013 Hydrogeologische Stellungnahme zu dem im Auftrag der K+S KALI GmbH erstellten Kurzbericht Kalibrierung" der DHI-WASY GmbH vom zur Erfüllung der Nebenbestimmung 7a der wasserrechtlichen Erlaubnis des RP Kassel zur Einleitung von Salzabwässern in den Untergrund (Bescheid vom , Befristung der Erlaubnis bis ) In der o.g. Erlaubnis zur Einleitung von Salzabwässern in den Untergrund (Versenkerlaubnis) nimmt die von der K+S KALI GmbH angestrebte Erarbeitung eines numerischen 3D-Grundwassermodells für das Werra-Kaligebiet eine bedeutende Stellung ein. In den Antragsunterlagen wurde eingeräumt, dass von den in der Vergangenheit versenkten Salzabwassermengen ca. 300 Mio. m3 aus dem Versenkhorizont (Plattendolomit-Grundwasserleiter) unkontrolliert in den überlagernden Buntsandstein-Grundwasserleiter übergetreten sein können. Ein zur Lokalisierung und zur Quantifizierung der potenziellen Grundwasserschäden geeignetes flächenhaftes Grundwassermessnetz war zum Zeitpunkt der Antragstellung nicht vorhanden und wurde bis heute nicht aufgebaut. Die Antragstellerin hat vielmehr beantragt, die quantitativen und qualitativen Auswirkungen der Salzabwasserübertritte mit Hilfe eines numerischen 3D-Grundwassermodells zu prognostizieren (GVV-Modell Werra 2013). Das RP Kassel hat diese Vorgehensweise akzeptiert und in der Nebenbestimmung 7 (siehe unten) einen Zeitplan sowie Zielsetzungen der Modellerstellung vorgegeben. Demnach war die Kalibrierung des Grundwassermodells spätestens bis zum abzuschließen. Weiter wird in der wasserrechtlichen Erlaubnis darauf hingewiesen, dass die Errichtung zusätzlicher Grundwassermessstellen, über das von K+S vorgeschlagene Bohrprogramm hinaus, zur Eingrenzung der in den Buntsandstein-Grundwasserleiter übergetretenen Salzabwässer notwendig werden kann. Die Erteilung einer bis zum Jahr 2015 befristeten Erlaubnis Rheingaustraße 186 D Wiesbaden Telefon: 0611 / (Vermittlung) Telefax 0611 / Besuche bitte nach Vereinbarung Für eine lebenswerte Zukunft

2 01707 war gemäß der Bescheidbegründung des RP Kassel möglich, da von dem genannten Grundwassermodell hinreichend genaue Erkenntnisse zur Bewertung des Buntsandstein-Grundwasserleiters und zur eventuell notwendigen Erweiterung des Grundwassermonitorings erwartet wurden. Auszüge aus der Begründung des wasserrechtlichen Bescheids:...lm Jahr 2008 wurde mit der Aufstellung einer quantitativen Mengenbilanz durch das HLUG abgeschätzt, dass das versenkte Salzabwasser nicht im Wesentlichen im Versenkhorizont des Platten dolomits verblieben sei bzw. als diffuser Salzeintrag über die natürlichen Entlastungszonen in die Werra eingetreten sei, sondern von den über den Gesamtzeitraum der Versenktätigkeit der letzten achtzig Jahre hinweg versenkten Mengen Obertritte in nicht unerheblichem Maß in den Unteren Buntsandstein erfolgt sein könnten. Nach derzeitigem Kenntnisstand sind von der versenkten Abwassermenge von ca. 980 Mio. m3 vermutlich ca. 300 Mio. rn3 in den überlagernden Buntsandstein übergetreten. Berechnungen der Unternehmerin im Rahmen des zweidimensionalen Grundwassermodells (2D-Modell) für den Plattendolomit kommen zu einem Ergebnis in ähnlicher Größenordnung. Ein sehr großer Teil der übergetretenen Salzabwässer wird im Buntsandstein gebirge unterhalb des tektonisch geprägten Werratales zu suchen sein; über eine laterale Ausbreitung, deren Reichweite und Höhe liegen derzeit jedoch nur wenige Informationen vor. Die Unternehmerin hat sich daher entschlossen, den Buntsandstein-Grundwasserleiter in die Grundwassermodellierung einzubeziehen, um hierdurch quantitative und qualitative Auswirkungsprognosen erstellen zu können. Das vorhandene 20- Modell (Ordner 2, Anhang 6 des Erläuterungsberichts) soll hierzu in ein numerisches dreidimensionales Grundwassermodell (3D-Modell) überführt werden. Mit den Arbeiten zur Erstellung des geologischen und des hydrogeologischen Modells, den beiden Voraussetzungen für die Erstellung eines numerischen dreidimensionalen Grundwassermodells, wurde im Jahr 2009 begonnen. Die beiden vorgenannten Modelle sind soweit abgeschlossen, dass bis zum Ende dieses Jahres ein stationäres, grob kalibriertes Strömungsmodell erstellt werden kann. Erste Transportberechnungen werden gegen Ende des ersten Quartals 2012 erwartet..." Die Befristung auf das Jahr 2015 rechtfertigt sich aus dem Umstand, dass das vorgenannte numerische dreidimensionale Modell aufgrund seiner bis zu diesem Zeitpunkt erzielten Kalibrierung hinreichend exakte Erkenntnisse erzielen wird. So kann eine umfassende Bewertung der Situation des gesamten Buntsandstein-Grundwasserleiters erst nach Abschluss der Untersuchungen zur Lokalisierung und genaueren Quantifizierung der den Plattendolomit verlassenen ca. 300 Mio. m3 Salzabwasser möglich sein (HLUG-Stellungnahme vom , S. 25). Zudem werden neue Erkenntnisse des numerischen dreidimensionalen Grundwassermodells gegebenenfalls Anlass für die Erweiterung und Präzisierung des erforderlichen Monitorings, insbesondere für die Beobachtung des nicht zur Trink- und Brauchwasserversorgung genutzten Unteren Buntsandsteins geben." Nebenbestimmung 7 der aktuellen Versenkerlaubnis - Numerisches dreidimensionales Grundwassermodell: Das Modell muss geeignet sein, die grundsätzlichen Fragestellungen, z. B. zum Verbleib des in den Grundvvasserleiter Buntsandstein eingetretenen Salzwasservolumens, substantiell zu beantworten sowie die orts- und zeitkonkreten Auswirkungen der Salzabwasserversenkung hinreichend genau prognostizieren zu können. Weiterhin ist das Modell so zu planen und zu konzipieren, dass es für notwendige kleinskalige Problemund Aufgabenstellungen und -nachbildungen angepasst werden kann. Seite 2

3 01701 Gegebenenfalls sind weitere, über das derzeitige Bohrprogramm (Anhang 5.3 des Erläuterungsberichts) hinausgehende Bohrungen erforderlich. Das Bohrprogramm ist daher kontinuierlich an die Zwischenergebnisse der Grundwassermodellierung anzupassen. a) Die Kalibrierung des numerischen dreidimensionalen Grundwassermodells (kurz 3D-Modell) für das Werra-Kaligebiet ist spätestens bis zum abzuschließen. Folgende Zwischentermine sind einzuhalten: bis zum Vorlage eines grob kalibrierten stationären Strömungsmodells - bis zum Vorlage einer ersten Transportberechnung bis zum Vorlage eines grob kalibrierten und an die zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Daten angepassten Transportmodells b) Zum frühestmöglichen Zeitpunkt sind für das Gebiet Eichhorst / Bodesruh Berechnungen der Druckverhältnisse im Buntsandstein und Plattendolomit - für die Betriebszustände ohne und mit Salzabwassereinleitung in den Plattendolomit - unter Variation der Versenkorte- und mengen durchzuführen." Mit der vorliegenden hydrogeologischen Stellungnahme erfolgt eine Bewertung des GW- Modells Werra 2013 auf Grundlage des o.g. Kurzberichts Kalibrierung" insbesondere hinsichtlich der Erfüllung der Nebenbestimmung 7a der Versenkerlaubnis. Die Kalibrierung eines Grundwassermodells kann als abgeschlossen akzeptiert werden, wenn gemessene geohydraulische und hydrochemische Daten durch die Modellsimulationen der Strömungs- und Transportprozesse in den betrachteten Grundwasserleitern hinreichend genau nachvollzogen werden können. Dabei orientiert sich die zu fordernde Modellgenauigkeit an den Qualitätsanforderungen, die auf Grundlage der zu erreichenden Zielsetzungen festzulegen sind. Im Kapitel 5 des Kurzberichts Modellkalibrierung und Ergebnisse" werden u.a. die Vorgehensweise zur stationären und instationären Kalibrierung des Grundwassermodells sowie die gewählten Anforderungen an die Modellgenauigkeit dargestellt. In einem ersten Schritt erfolgte die stationäre Kalibrierung der regionalen GVV-Strömungsverhältnisse und Grundwasserstände für einen Zeitpunkt vor Beginn der Versenkung. Das Ergebnis bzw. die Genauigkeit dieser Kalibrierung wird anhand einer Statistik der Abweichungen von gemessen und simulierten Grundwasserständen in den betrachteten Grundwasserleitern dargestellt (Abb. 5-4, S. 27). Weiterhin enthält der Kurzbericht zwei simulierte Grundwassergleichenpläne für die Grundwasserleiter Plattendolomit und Unterer Buntsandstein (Abb. 7-5 u. 7-6, S. 54/55). In diesen Gleichenplänen sind jeweils die gemessenen Grundwasserstände als Punktdaten mit eingetragen. Aufgrund der geringen Darstellungsgröße der Abbildungen ist die Bewertung der Kalibrierungsergebnisse schwierig. In mehreren Bereichen des Modellgebietes sind jedoch erhebliche Abweichungen zwischen gemessenen und berechneten Grundwasserständen erkennbar. Sinnvoller wäre m.e. jeweils die Gegenüberstellung von auf Grundlage Seite 3

4 01700 gemessener und simulierter Daten erstellten Grundwassergleichenplänen. Anhand dieser Gleichenpläne könnte die Qualität der Simulationsergebnisse visuell besser bewertet werden. 52' 70% Quartar _ 35% 30% sm ': 30% 30' 20, 10% Dilferenzkl.nse in m % E su 43% 9% 1% n.. r. 20% 17% _ 15- tts. 11% 10 % --4, 4., 5 0. ri - n Ei E 2 2 g E nifferenzkase in mg e % 213% 16% 15% I 0 5% 4% oe' Dfferen91;;. In m e 30 30% 25% z'cr 15 U Mfferenxklasse in mg Ca3 r Abbildung 5-4: Abweichungen gemessener zu modellierten Grundwasserständen Abb. 5-4 aus Kurzbericht S. 27 Unklar bleibt die zur stationären Modellkalibrierung verwendete Datengrundlage. Gemäß dem Kurzbericht (S. 23) wurden die Grundwasserstände von insgesamt 308 Grundwassermessstellen (GWM) genutzt, die folgendermaßen auf die betrachteten Grundwasserleiter verteilt sind: 79 GWM im Plattendolomit, 172 GWM im Buntsandstein und 57 GWM im Quartär. Die relativ hohe Messstellenzahl erscheint nicht plausibel, wenn die stationäre Kalibrierung tatsächlich für einen Zeitpunkt vor Beginn der Versenkung erstellt wurde. Eine Dokumentation der Datengrundlage und ergänzende Erläuterungen zur Vorgehensweise bei der stationären Kalibrierung sollten nachgereicht werden. In der Bewertung der Ergebnisse der stationären Kalibrierung heißt es (S. 24): Besonders die Wasserstände im Quartär und im Unteren Buntsandstein weisen eine gute Anpassung auf. Im Ca3 (Plattendolomit) wird noch ein Teil der Grundwassermessstellen im Modell mit einem zu geringen Grundwasserstand simuliert." Bezogen auf die Differenzklassen der Abb. 5-4 bedeutet die Aussage ein Teil der GWM", dass für 33 % der Plattendolomit-Messstellen (Ca3) ein um mehr als 20 m zu niedriger Grundwasserstand modelliert wurde. Betrachtet man alle GWM des Seite 4

5 01699 Plattendolomits, für die um mehr als 5 m zu niedrige Grundwasserstände berechnet wurden, umfasst diese Gruppe sogar 54 % aller Messstellen. Dieses Kalibrierungsergebnis ist hinsichtlich der wesentlichen Zielsetzungen des GVV-Modells Werra 2013 als unzureichend einzustufen. Gemäß der oben zitierten Nebenbestimmung 7 der aktuell gültigen Versenkerlaubnis wird erwartet: Das Modell muss geeignet sein, die grundsätzlichen Fragestellungen, z. B. zum Verbleib des in den Grundwasserleiter Buntsandstein eingetretenen Salzwasservolumens, substantiell zu beantworten sowie die orts- und zeitkonkreten Auswirkungen der Salzabwasserversenkung hinreichend genau prognostizieren zu können." Ein Salzwasserübertritt vom Plattendolomit- in den Buntsandstein-Grundwasserleiter kann nur dann erfolgen, wenn ein entsprechendes hydraulisches Druckgefälle besteht (höherer Druck im Plattendolomit). Das vorgestellte Ergebnis der stationären Kalibrierung zeigt, dass für mehr als die Hälfte der GWM im Plattendolomit deutlich zu niedrige Druckpotentiale berechnet wurden. Die stationäre Modellierung wurde als Ausgangsbasis der nachfolgenden instationären Modellierung genutzt. Es ist daher zu erwarten, dass die Salzwasserübertritte auch bei der instationären Modellierung sowohl flächenhaft als auch mengenmäßig stark unterschätzt wurden. Auch das in Abb. 5-4 dargestellte Ergebnis der stationären Kalibrierung der Grundwasserstände im Mittleren Buntsandstein (sm) ist nicht befriedigend, da 32 % der simulierten Grundwasserstände um mehr als 20 m unter oder über den gemessenen Werten liegen. Zur instationären Modellkalibrierung wurden, wie in Tab. 5-5 (S. 36) dokumentiert, insgesamt 450 GWM zur Anpassung der Grundwasserstände und 396 GWM zur Anpassung der Grundwasserbeschaffenheit genutzt. Unklar ist dabei die zum Teil sehr geringe Anzahl an Einzelwertmessungen (Angaben in Klammern). Auch für die instationäre Kalibrierung sollte eine vollständige Dokumentation der Datengrundlage sowie eine ergänzende Erläuterung der Vorgehensweise bei der Kalibrierung nachgefordert werden. Tabelle 5-5: Übersicht GW-Messstellen mit Messdaten (Anzahl Einzelwertmessung) Instationäre Kalibrierung Ca3 su sm 9 Gesamt GWM mit Messdaten im Modellgebiet (Piezometerhöhe) GWM mit Messdaten im Modellgebiet (Konzentration) 87(4) 224 (129) 113 (78) 26(7) 450 (218) 89 (20) 178 (20) 107 (18) 22 (3) 396 (61) Seite 5

6 01698 In der Tab. 5-5 fällt die vergleichsweise große Messstellenzahl für den Unteren Buntsandstein (su) auf. Bekanntlich besteht insbesondere für den tiefen Unteren Buntsandstein ein Defizit an GWM, weshalb eine Lokalisierung und Quantifizierung des durch Salzwasserübertritte aus dem Plattendolomit-Grundwasserleiter entstandenen Grundwasserschadens mit Hilfe des vorhandenen Messstellennetzes unmöglich ist. Es besteht daher der Verdacht fehlerhafter Messstellenzuordnungen. Im Kurzbericht (S. 36/37) wird beispielhaft anhand der benachbarten GWM 927 und GWM 928 die sehr unterschiedliche Dynamik von Messstellen in Reaktion auf die Versenkung beschrieben. Gemäß den Beschreibungen des Textes ist die GWM 927 im Unteren Buntsandstein und die GWM 928 im Plattendolomit ausgebaut. Eine Prüfung des Schichtenverzeichnisses und des Ausbauplanes der GWM 927 ergab jedoch, dass diese GWM hydrogeologisch eindeutig dem Mittleren Buntsandstein zuzuordnen ist. In der GWM ist eine Filterstrecke im Teufenbereich m u. GOK eingebaut. Die Schichten des Mittleren Buntsandsteins reichen bis 125 m u. GOK, darunter folgt der Untere Buntsandstein. Demnach befinden sich nur 5 m der insgesamt 60 m langen Filterstrecke im Unteren Buntsandstein. Die Bohrdokumentation enthält zudem Informationen zu geohydraulischen Bohrlochuntersuchungen. Durch Packertests wurde im Teufenabschnitt 83,55-123,75 m u. GOK ein krwert von 1,5 * 10-7 m/s und im Teufenabschnitt 123,32-200,0 m u. GOK ein krwert von 1,6 * 1041 m/s ermittelt. Die 5 m lange untere Filterstrecke ist daher im Hinblick auf relevante Grundwasserzuflüsse in die GWM 927 zu vernachlässigen. Diese stichprobenartige Überprüfung der Messstellenzuordnung legt die Vermutung nahe, dass die in Tab. 5-5 angegebenen 224 GWM für den Unteren Buntsandstein möglicherweise eine größere Anzahl geologisch/hydrogeologisch falsch zugeordneter Messstellen enthält. Daher sollte die Messstellenzuordnung von DHI-VVASY kontrolliert und insgesamt nachprüfbar dokumentiert werden. Gegebenenfalls ist von dem Modellierer zu bewerten, in welcher Weise sich hydrogeologisch falsche Messstellenzuordnungen auf das numerische 3D-Grundwassermodell auswirken. In Tab. 5-6 (S. 37) des Kurzberichts ist dokumentiert, welche Qualitätsanforderungen von DHI- VVASY an die Kalibrierung der Grundwasserstände (Piezometerhöhen) im stationären und im instationären Fall gestellt wurden. Es erfolgte die Herleitung tolerierbarer Abweichungen" von berechneten zu gemessenen Piezometerhöhen aus den Piezometerhöhenbandbreiten aller einbezogenen GWM der jeweiligen Grundwasserstockwerke des kompletten, rund km2 großen Modellgebietes. Für den quartären Grundwasserleiter wurde eine tolerierbare Abweichung von 5 % und für die anderen Grundwasserleiter von 10 % bezogen auf die jeweiligen Maximalamplituden der Grundwasserstände des gesamten Modellgebietes festgelegt. Für den Plattendolomit-Grundwasserleiter wird beispielsweise im stationären Fall eine Piezometerhöhenbandbreite (Maximale Amplitude der gemessenen Grundwasserstände der 79 einbezogenen GWM) von 230 m genannt. Bei einer tolerierten Abweichung von 10 % ergibt sich Seite 6

7 01697 somit eine gemäß DHI-VVASY zulässige Abweichung der Grundwasserstände von 23 m. In Tab. 5-6 wird dieser Wert sogar auf 25 m erhöht. Diese Vorgehensweise zur Herleitung tolerierbarer Abweichungen" ist in Hinblick auf die Zielsetzungen des Grundwassermodells nicht zulässig. Daher kann m.e. dem kompletten Bewertungsansatz der Modellergebnisse derzeit fachlich nicht gefolgt werden. Grundwasseroberflächen weisen in der Regel ein Gefälle auf. Aufgrund der Größe des hier betrachteten Modellgebietes resultieren daher bei Betrachtung der Gesamtheit aller Grundwasserstände relativ große Grundwasserstands-Amplituden. Die Qualität der Modellanpassung sollte jedoch nicht an diesen Gesamtamplituden gemessen werden, sondern an den Messwerten bzw. Amplituden der Grundwasserstände für die einzelnen GVVM. Jahreszeitliche Schwankungen der Grundwasserstände (ohne Versenkeinfluss) bewegen sich meist in Größenordnungen von wenigen Zentimetern bis zu einigen Metern. Für eine GWM mit einer vergleichsweise großen jahreszeitlichen Amplitude der Grundwasserstände von z.b. 5 m ergäbe sich bei Ansatz der o.g. 10% tolerierbarer Abweichung zwischen gemessenen und modellierten Werten eine zu fordernde maximale Abweichung (Modellgenauigkeit) von nur 0,5 m (im Gegensatz zu 25 m). Weiterhin sollte berücksichtigt werden, ob es sich um systematisch zu hoch oder zu tief berechnete Grundwasserstände in Bezug auf die Messwerte der jeweiligen GVVM handelt. Wenn alle Grundwasserstände eines Betrachtungsgebietes systematisch zu hoch oder zu tief berechnet wurden, kann die aus den Berechnungsergebnissen abgeleitete Grundwasserströmungsrichtung durchaus mit der tatsächlichen Richtung übereinstimmen. Bei nicht systematischen Abweichungen (Punktewolke) muss hingegen davon ausgegangen werden, dass die Modellergebnisse nicht zu einer realistischen Einschätzung der Grundwasserströmungsrichtungen geeignet sind. Tabelle 5-6: Übersicht Bewertungskriterien für Simulationsergebnisse der Piezometerhöhen GW-Lelter Min./max. Piezometerhöhe [m NN] Differenz [ml Prozentuale Abweichung [io] Resultierende Abweichung [m] q - stationärer Fall sm - stationärer Fall (16) Su - stationärer Fall (21) Ca3 - stationärer Fall (23) Ca3 - instationär (max. Versenkung) (41) Seite 7

8 01696 Die in Tab. 5-7 (S. 39) des Kurzberichts dargestellte Bewertung der Modellergebnisse ist, resultierend aus der vorgenannten Kritik an den Bewertungskriterien zur Einschätzung der Qualität der Modellkalibrierung, nicht akzeptabel. Tabelle 5-7: Übersicht Bewertung der Simulationsergebnisse, Plezometerhöhen Bewertungsklasse Prozentuale Abwelchung [0/0] deutlich < 10 Wo < 10 0/0, zu hoch berechnet < 10 0/0, zu tief berechnet > 10 0/0, zu hoch > 10 0/0, zu tief GWL Anzahl zu 1 Anzahl zu 2 Anzahl zu 3 zu 4 zu 5 q(26) sm (113) su (224) Ca3 (88) In Tab. 5-8 (S. 39) erfolgt eine Bewertung der Ergebnisse der Transportsimulation ( Simulationsergebnisse Konzentration"). DHI-WASY verzichtet an dieser Stelle völlig auf eine Quantifizierung bei der Bewertung, es werden lediglich größenordnungsmäßig gut angepasste" und größenordnungsmäßig nicht angepasste" Simulationsergebnisse unterschieden. Weiterhin wird ebenfalls nur qualitativ eingeschätzt, ob die Ergebnisse dem gemessenen zeitlichen Trend entsprechen. Diese rein qualitative Bewertung der Ergebnisse der Transportsimulation ist nicht objektiv nachvollziehbar und erscheint unzureichend. Auch für die Simulation der Salzkonzentrationen muss ein quantitativer Vergleich zwischen gemessenen und simulierten Konzentrationen erfolgen. Seite 8

9 01695 Tabelle 5-8: Übersicht Bewertung der Simulationsergebnisse, Konzentrationen Bewertung Konzentrationen Größenordnungsmäßig gut angepasst Größenordnungsmäßig nicht angepasst q (22) sm (107) 89 o su (178) Ca3 (89) Trend der Konzentrationsverläufe Kein Trend in Messdaten entsprechend dem gemessenen Trend entsprechend dem gemessenen Trend nicht q(22) sm (107) su (178) Ca3 (89) Mit Bezug auf die räumliche Verteilung der bewerteten Messstellen in den jeweiligen Grundwasserleitern (Anlage 1, Abb bis 7-51, S ) kommt DHI-WASY zu dem Ergebnis, dass mit der instationären Kalibrierung ein gutes Ergebnis erzielt ist" (S. 40). Diese positive Einschätzung kann ich, mit Bezug auf die vorhergehende Kritik und in Hinblick auf die in Anlage 2a bis 2c des Kurzberichts dokumentierten Ganglinien simulierter Piezometerhöhen und Konzentrationen im Vergleich mit den Messdaten für GWM im Buntsandstein und im Quartär, nicht teilen. Die Gegenüberstellungen simulierter Piezometerhöhen und Konzentrationen mit den jeweiligen Messdaten (Diagramme der Anlage 2) dokumentieren nur für sehr wenige GWM eine akzeptable Modellanpassung. Die Mehrzahl der Gangliniendiagramme weist auf eine schlechte Modellanpassung hin oder lässt keinerlei Zusammenhang zwischen Modell- und Messwerten erkennen. Oftmals zeigen sich bezüglich der Modell- und Messwerte sogar gegenläufige Trends. Nachfolgend sind einige Beispieldiagramme aus Anlage 2 angefügt, die m.e. eine schlechte Modellkalibrierung dokumentieren. Insbesondere die Diagramme der Transportmodellierung (Konzentration-Zeit) dokumentieren ein ungenügendes KalilDrierungsergebnis. Zu beachten ist dabei der jeweilige Größenmaßstab (Y-Achse). Seite 9

10 Jan 25 Konzentration (mg/1) - g 8 g Jan 25 Konzentration [mg/1] 6W-Stand [m NN] (3W-Stand [m NN] 1 Dez 25 g t n 0 0 a C g re 8 8 Dez 25 Ca Ca A A g Dez 29 Dez 34 Dez 39 Dez 44 Dez 49 Dez 54 Dez 29 Dez 34 D ez 39 Dez 44 Dez 49 Dez 54 Dez 30 Dez 35 Dez 40 Dez 45 Dez 50 Dez 55 I I II 244_Unterbreizbach Unterbreirbach Dez 30 Dez 35 Dez 40 Dez 45 Dez 50 Dez 'Z 4 3e9,1 3 *.3 Dez 59 Dez 64 Dez 69 Dez 74 Dez 79 Dez 84 Dez 89 Dez 94 Dez 99 Dez 04 z09 Dez 59 Dez 64 Dez 69 Dez 74 Dez 79 Dez 84 Dez 89 Dez 94 Dez 99 Dez 04 D Dez GO Dez 65 Dez 70 Dez 75 Dez 80 Dez 85 Dez 90 Dez 05 Dez 00 Dez 05 Dez 10 i Dez 60 Dez 65 Dez 70 Dez 75 Dez 80 Dez 85 Dez 90 Dez 95 Dez 00 Dez 05 ' Dez 10 HAZg - Oti :7 V 'frgoz Vell U 10/1 OWy et ainlieis-dmh

11 H- -t-r t MW MIIIMUM IIllIF 1_, j "H 1, -F+1. T ' 1,, _H er aimil. ' rl-r1-1- L 1 t _1 MIM.1 i , 1 ',, I r-- --I t , -simulierte Werte Messwerte TYt ,-rrl , sm/su, Behrkich IV Ostteil Kreis Hersfeld (8172)12- I ', -HH -FH 1-1H-A F I- ' -H--+ ', l J.) ,-',4 i 1, 1 H 1 -f--i F fi-1- -i--1-,-r- ---H-r-.-1-' ', i : i I- fi-,, 4 H 1-1 I1H ; t ;-;-1 1 ; 1 ' ; ; r i ', ' ;, ; 1- ' , ; ; ' : ; :,-; ' rinị ' ; ;.,. i, 1 ;, 'I 1 I 1 1 f ;,. ; 1 i' T i I i F,,, 14' , simuttete Werte -; - t - I 190 Messwerte, _1, _2. 2, j1.1 1 i_ , su, Brunnen KutschelsraSen (3031(0461)1---,-, , r Grundw.urtland h InI NN] D 370 3' , ,, '., , } 1-1--± Jr t r i 11_ -I I-I-I- '-- i HH f; H' iii; - -; H- --H-I--- -I-H-H r ; HFH-r.4,-;1-1- -i : 1-1i-t ` H-1, ,-j, , _ H- - -; t f- -,,,«,,,,;,,w,,<; H+ 1,4+H -4-4 FE- H-H- Konzentration c LINAN J1023, su, Quelle Breiteachs Mühle (2) (8193) simulierte Werte *,,, werte I * 4: * it.8.; 40i tui _,.. i i4 i 190,,,,,.. fe 4 Ve; ; f. 44 L.. I...! , sm su, Versudtsb. k Sorp-Kathus ( i I i- -, e M 1018, su, Brunnen Wintershall 8 (0568) -simulierte Werte ' Messwerte _.:... O e ' % * d' 4... K : , sm, Brunnen Herta 11 (8614) 1800 j - simulierte Werte C Messwerte ' CCO Brunnen VII oberhalb Schwimmbad (WII (4566) 4500 J simulierte Werte Messwerte , su, Br. BebraiWeiterode, Gemeinde Stockhausen (8241) - sirrmiere Werte Messwerte Konzentration c izna ni % Seite 11

12 _ 689, sm, Brunnen Hauneck-HotenSee (8408) 1800 simulierte Werte - Messwerte /.'". euuuu 668 sm, Thr. Kathus 18406) ' simulierte Werte Messwerte "` ',...,...r.,..: Im Rahmen der regelmäßigen Fachgespräche zum Stand des GVV-Modells Werra 2013 wurden von DHI-VVASY und K+S die jeweiligen Ergebnisse der Modellkalibrierung präsentiert. Die letzte Powerpoint-Präsentation des Fachgesprächs vom ist dem Kurzbericht Kalibrierung beigefügt. Die in der Präsentation dargestellten Gangliniendiagramme gemessener und durch das Grundwassermodell simulierter Grundwasserstände und Konzentrationen dokumentieren durchaus eine kontinuierliche Verbesserung der Modellanpassung. Dieses positive Ergebnis ist jedoch ganz offensichtlich nicht auf das gesamte 3D-Grundwassermodell übertragbar. Die Anpassung einzelner zur Kalibrierung ausgewählter Grundwassermessstellen hat wider Erwarten nicht zu einer akzeptablen flächenhaften Modellkalibrierung geführt. Leider wurde dies erst nach Vorlage der kompletten Kalibrierungsergebnisse des Kurzberichts Kalibrierung" für die an den Fachgesprächen beteiligten externen Hydrogeologen erkennbar. In Abb (S. 73) des Kurzberichts ist die simulierte oberflächennahe Konzentrationsausbreitung Ende 2010 (geol. Schichtenfolgen Muschelkalk und Quartär) im Vergleich mit dem SkyTEM-Ergebnis (aerogeophysikalische Messungen) dargestellt. Nach Ansicht des Modellierers zeigt sich eine gute Übereinstimmung der simulierten höheren Konzentration mit den gemessenen geringeren elektrischen Wiederständen im Werratal." Dieser Aussage kann nicht pauschal zugestimmt werden, eine Reihe von aerogeoelektrischen Anomalien entlang des Werratales finden sich in den Simulationsergebnissen nicht oder nur mit deutlich geringerer räumlicher Ausbreitung wieder. Bei näherer Betrachtung kann eine gute Übereinstimmung" daher nicht bestätigt werden. Seite 12

13 01691 SinJie S31.1-K..z.nz. Erde SleyTEV-E- Abb aus Kurzbericht S. 73 Die folgende Abb. 7-27b (S. 77) dokumentiert die simulierte Konzentrationsausbreitung Ende 2010 für tiefere Grundwasserleiter (geol. Schichtenfolge Unterer Buntsandstein). Im Gegensatz zur vorhergehenden Abbildung 7-23 fehlt im Kurzbericht jedoch der Vergleich mit den entsprechenden SkyTEM-Ergebnissen. In dem Antrag der K+S KALI GmbH auf Erteilung einer Erlaubnis zur Salzabwassereinleitung in den Untergrund aus dem Jahr 2011 sind diese aerogeophysikalischen Messungen in der Abb. 35 enthalten. Ein Vergleich der beiden Abbildungen macht deutlich, dass die simulierte Konzentrationsausbreitung im Unteren Buntsandstein in keiner Weise die SkyTEM-Ergebnisse widerspiegelt. Die sogenannte Herfatal-Anomalie (mit schwarzer Linie umkreist, vom VVerratal in Richtung Nordwesten) fehlt in den Simulationsergebnissen z.b. völlig. Seite 13

14 01690 Abb. 7-27b aus Kurzbericht S. 77 ler LEGENDE: WEB psessed.useleordef) ;*.;Ii eeta dee'.1wierterea rornen Kett.;4 edel, a - ree Abbildung 35: Ergebrisse der TEM-P4esun9 (( rn NN) n,0 Curstellusg sun VerdschLsßächen Kr hehrer minersliierte Wässer en Untergrund (au(erhalb Werratal) Abb. 35 aus Antrag K+S KALI GmbH zur Salzabwasserversenkung 2011 Am fand in Bad Hersfeld eine Besprechung zum Stand des GVV-Modells Werra 2013 mit Vertretern des RP Kassel, der TLUG, des TLVwA, des HLUG und des Büros HG GmbH statt. Durch den Behördengutachter Büro HG, der die Modelldatensätze (FEFLOVV- Daten) geprüft hat, wurden dabei verschiedene z.t. erhebliche Mängel des Grundwassermodells aufgezeigt. Als wesentlichster Kritikpunkt wurden zu große Fehler (bis 100 %) für viele Seite 14

15 01689 Zeitschritte in der numerischen Massenbilanz des Transportmodells genannt. Daraus resultierend wurden die Ergebnisse der Transportsimulation insgesamt in Frage gestellt. Eine fachliche Diskussion der auf S. 46 des Kurzberichts vorgestellten Massenbilanz der Salzwasservolumen bzw. Salzwassermengen für die Grundwasserleiter Plattendolomit und Buntsandstein sowie die diffusen Einträge in den Vorfluter Werra ist daher im Moment nicht sinnvoll. Fazit Das GVV-Modell Werra 2013 der K+S KALI GmbH ist mit dem im Kurzbericht Kalibrierung der DHI-VVASY GmbH vom dokumentierten Bearbeitungsstand m.e. zur Erreichung der o.g. Zielsetzungen des wasserrechtlichen Bescheids vom (Versenkerlaubnis) nicht ausreichend kalibriert und kann daher nicht als prognosefähig akzeptiert werden. Die Anforderungen der Nebenbestimmung 7 sind demnach nicht erfüllt. Bereits mit den Stellungnahmen vom ( /10 Kr), vom und ( /11 Kr) sowie vom ( /11 Kr) habe ich darauf hingewiesen, dass die Erkundung des durch die langjährige Salzabwasserversenkung im Buntsandstein-Grundwasserleiter entstandenen Grundwasserschadens auch durch ein umfangreiches Bohrprogramm erfolgen kann. Zur Erreichung der Zielsetzungen des GW-Modells bzw. der Nebenbestimmung 7 des Bescheids gibt es somit eine Alternative. Es sollte kurzfristig entschieden werden, mit welcher Vorgehensweise die Fragestellungen zum Verbleib des in den Buntsandstein-Grundwasserleiter übergetretenen Salzwassers/Salzabwassers beantwortet und die orts- und zeitkonkreten Auswirkungen der Salzabwasserversenkung hinreichend genau prognostiziert werden sollen. Beide Wege zur Erkundung der Umweltauswirkungen der Salzabwasserversenkung sind, auch nach umfangreichen Arbeiten zur 3D- Grundwassermodellierung im Zeitraum , aus heutiger Sicht mit einem erheblichen Kosten- und Zeitaufwand verbunden. Als Sofortmaßnahme ist eine aktuelle Neubewertung möglicher Auswirkungen der Salzabwasserversenkung auf die Trinkwassergewinnung im Werra-Kaligebiet zu empfehlen. K+S sollte dazu alle Daten des seit geraumer Zeit (seit 2009) in Überarbeitung befindlichen Grundwassermonitorings unter Berücksichtigung der zwischenzeitlich gewonnenen geologischen und hydrogeologischen Neuerkenntnisse dokumentieren und auswerten. Seite 15

16 01688 Die schlechte Anpassung der stationären und instationären Modellierung kann u.a. durch Fehler in der hydrogeologischen Modellvorstellung und/oder systembedingt durch die eingesetzte Modellsoftware verursacht sein, die in erster Linie zur Simulation von Porengrundwasserleitern konzipiert ist. Zur Verbesserung der Modellkalibrierung werden daher wahrscheinlich grundlegende Änderungen im Modellaufbau notwendig. Diese Einschätzung deckt sich mit der durch das Büro HG am vorgetragenen Bewertung. Von besonderer Bedeutung ist dabei meines Erachtens die im GW-Modell bislang nicht abgebildete geohydraulische Funktion der Kluft-/Störungssysteme für die betrachteten Grundwasserleiter und Grundwassergeringleiter. Derzeit sind die bekannten Störungen (nur Störungen > 20 m saigere Sprunghöhe werden abgebildet) nur geometrisch bei der Konstruktion der Schichtflächen im Modell berücksichtigt. Im Rahmen der regelmäßigen Fachgespräche zum GW-Modell Werra habe ich wiederholt darauf hingewiesen, dass den im Modell als weitgehend hydraulisch dicht simulierten Grundwassergeringleitern (Bröckelschiefer-Folge und Untere Letten) eine Durchlässigkeit bzw. Verbindung zum überlagernden Buntsandstein-Grundwasserleiter über Klüfte und Störungen zugewiesen werden muss. Mit dem Ziel einer besseren Anpassung des simulierten diffusen Eintrags in die Werra wurde im Modell lediglich eine 1,5 km lange den Plattendolomit mit der Werra unmittelbar verbindende solitäre Kluft mit einer Öffnungsweite von 1 cm umgesetzt. Diese Kluft ist, im Gegensatz zu den Störungen des GW-Modells, geologisch nicht direkt belegt. Die aktuelle Verteilung der hydraulischen Durchlässigkeiten erlaubt derzeit lediglich im Bereich des Werratals und lokal im Bereich der Breizbachsmühle wesentliche Übertritte von Salzwasser aus dem Plattendolomit- in den Buntsandstein-Grundwasserleiter. Selbst bei einer gelungenen Kalibrierung wäre daher fraglich, ob die Verhältnisse im Buntsandstein-Grundwasserleiter bei den gegebenen Randbedingungen durch das Grundwassermodell tatsächlich sinnvoll abgebildet bzw. nachvollzogen werden können. Die o.g. Herfatal-Anomalie der aerogeophysikalischen Messungen (erhöhte elektrische Leitfähigkeiten im tieferen Untergrund) kann meines Erachtens mit dem heutigen Modellansatz nicht nachvollzogen werden. Möglicherweise führt nur der Einsatz einer zur Diskretisierung der Kluft-/Störungssysteme und Gesteinsmatrix von Kluftgrundwasserleitern besser geeigneten bzw. hierzu speziell konzipierten Modellsoftware zu einer brauchbaren Modellkalbrierung und damit zu einem prognosefähigen GW-Modell. Diese Stellungnahme wurde dem HMUKLV nachrichtlich übersandt. Die Inanspruchnahme des Hessischen Landesamtes für Umwelt und Geologie (HLUG) ist gemäß 1-3 des Hessischen Verwaltungskostengesetzes (HVwKostG) in der Fassung vom 12. Januar 2004, zuletzt geändert am , kostenpflichtig. Auf 8 Abs. 3 HVwKostG Seite 16

17 01687 wird hingewiesen. Die Kosten richten sich nach der Allgemeinen Verwaltungskostenordnung (AllgVwKost0) und der Verwaltungskostenordnung für den Geschäftsbereich des Hessischen Ministeriums für Umwelt, Energie, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (VwKostO-MUELV) in der jeweils gültigen Fassung. Die entstandenen Gebühren und Auslagen nach Nr betragen 1.850,- E (25 Std. höherer Dienst). Die entstandenen Kosten sind von der verfahrensleitenden Behörde zu vereinnahmen. Im Auftrag 1. V. Dr. Bernd Leßmann (vorab per Mail) (Eugen Thielen, Abteilungsleiter Wasser) Seite 17